Ⅰ型呼吸衰竭主要见于重症肺炎、肺间质纤维化和肺栓塞等疾病，重症肺炎常见于细菌或病毒引起累及多肺叶或多肺段的炎症。在病毒性肺炎时，可见有严重的肺损伤和弥漫肺泡损害。
病理上可见肺泡腔内炎性细胞浸润、透明膜形成、血管充血，这时会导致通气/血流比例失调，引起Ⅰ型呼吸衰竭。
肺间质纤维化是由于肺泡与血管之间的肺泡膜增厚，导致气体交换障碍、弥散降低，因此，也会导致Ⅰ型呼吸衰竭。肺栓塞是由于肺动脉内有血栓形成，这时肺泡血供减少，引起通气/血流比例失调，所以引起Ⅰ型呼吸衰竭。