慢性呼吸衰竭的发病机制包括限制性肺通气功能障碍和阻塞性肺通气功能不足。限制性肺通气功能障碍常见于重症肌无力或格林-巴利综合征、先天的胸廓畸形、脊柱侧弯等，或气胸、大量胸腔积液引起的限制性肺通气功能不足、安眠药自杀导致中毒、中枢神经系统疾病等；阻塞性肺通气功能不足常见于慢性阻塞性肺疾病及支气管哮喘或上呼吸道感染导致的喉头水肿；肺换气功能不足导致的慢性呼吸衰竭，表现在通气血流比例失调，常见于肺气肿、肺大泡等，及肺血管性的疾病如肺血管灌注不足导致的通气血流比例失调，或肺间质纤维化、尘肺等导致的肺弥散功能下降。
