嚴重缺氧抑制呼吸中樞可見于各型急性缺氧，包括乏氧性缺氧、血液性缺氧、循環性缺氧和組織性缺氧等，由于機體處于失代償狀態，缺氧持續加重，使呼吸中樞受到直接抑制。
在嚴重缺氧情況下，機體代償不全，會出現代謝障礙、各系統功能紊亂，可以存在多種缺氧同時發生，如失血性休克的患者以循環性缺氧起病，在治療過程中又有大量失血，導致血液過度稀釋引起血液性缺氧。當輸液量增加，肺間水腫并發肺功能障礙時，會同時合并低張性缺氧，各種缺氧共同作用，導致動脈血氧分降低，此時缺氧對呼吸中樞直接抑制超過氧分壓，降低對外周化學感受器的興奮作用，發生中樞性呼吸衰竭，表現為呼吸抑制、呼吸節律不規則、通氣量減少等。
呼吸中樞一旦受到抑制，患者病死率會迅速增高，缺氧本身容易引起細胞酸中毒，共同作用損傷腦血管內皮細胞，導致腦組織間質水腫，引起腦部神經遞質失調，從而加重缺氧和腦水腫，形成惡性循環。