低氧血症是指患者在海平面呼吸空气20.9%氧气的情况下，出现动脉氧分压的下降和血氧饱和度的下降，当动脉氧分压低于60mmHg就诊断患者有低氧血症。依据动脉氧分压下降的程度，将低氧血症分为轻、中、重，50-60mmHg为轻度，40-50mmHg为中度，低于40mmHg以下为重度低氧血症。
此外，也可以依据动脉血氧饱和度来判断低氧血症，正常人动脉血氧饱和度应该大于94%。当动脉血氧饱和度低于93%，就诊断患者有轻度的低氧血症，低于90%患者有中度的低氧血症。当动脉血氧饱和度低于80%，就判断患者有重度的低氧血症。