慢性呼吸衰竭的诊断主要依据血气分析等检查来明确。一般来说，在海平面静息状态下，呼吸空气时，动脉血氧分压（PaO₂）<60mmHg，伴或不伴动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）>50mmHg，即可诊断为慢性呼吸衰竭。
血气分析指标依据
PaO₂的意义： 正常情况下，人体动脉血氧分压在80~100mmHg之间。当PaO₂<60mmHg时，就提示存在低氧血症，这是慢性呼吸衰竭诊断的重要指标之一。比如一些慢性肺部疾病患者，随着病情进展，会出现PaO₂逐渐下降。PaCO₂的意义： 正常动脉血二氧化碳分压在35~45mmHg。如果PaCO₂>50mmHg，说明存在二氧化碳潴留，结合PaO₂的情况，就能更明确慢性呼吸衰竭的诊断。像慢性阻塞性肺疾病患者，病情严重时往往会伴有PaCO₂升高。
结合临床症状判断
呼吸困难表现： 慢性呼吸衰竭患者通常会有呼吸困难的表现，早期可能表现为呼吸频率加快，随着病情进展，可能会出现呼吸费力、呼吸节律改变等情况。例如慢性肺心病引起的慢性呼吸衰竭患者，会逐渐出现呼吸困难加重的情况。神经精神症状： 患者还可能出现神经精神方面的症状，轻度缺氧时可能会有注意力不集中、定向力障碍等；随着缺氧加重，可能会出现烦躁不安、昏迷等。二氧化碳潴留时，早期可能有失眠、烦躁、躁动等，严重时可出现嗜睡、昏迷等肺性脑病表现。
基础疾病相关判断
慢性肺部疾病史： 很多慢性呼吸衰竭患者都有基础的慢性肺部疾病，比如慢性支气管炎、肺气肿、肺结核等。以慢性支气管炎为例，患者往往有长期的咳嗽、咳痰病史，病情逐渐进展后容易并发慢性呼吸衰竭。这些基础疾病会破坏肺部的正常结构和功能，影响气体交换，从而导致呼吸衰竭的发生。其他系统疾病影响： 一些其他系统疾病也可能导致慢性呼吸衰竭，比如严重的胸廓畸形，会影响胸廓的正常运动，进而影响肺部的通气功能；神经肌肉疾病，如重症肌无力等，会影响呼吸肌的功能，导致呼吸肌无力，通气不足，引发慢性呼吸衰竭。