由于二氧化碳的弥散能力远高于氧，气体交换障碍主要影响氧合状况。气道阻塞使部分肺区域通气降低、通气/血流比失调，是导致慢性阻塞性肺疾病患者发生低氧血症的主要因素。此外，过度膨胀肺泡压迫通气正常的肺泡，以及肺毛细血管床的毁损，也是造成通气/血流比失调的原因。慢性阻塞性肺疾病患者合并肺部感染也可造成肺内分流。而肺动脉高压使肺血流减少和右心衰竭，使低氧血症加重。