慢性呼吸衰竭的發病機制包括限制性肺通氣功能障礙和阻塞性肺通氣功能不足。限制性肺通氣功能障礙常見于重癥肌無力或格林-巴利綜合征、先天的胸廓畸形、脊柱側彎等，或氣胸、大量胸腔積液引起的限制性肺通氣功能不足、安眠藥自殺導致中毒、中樞神經系統疾病等；阻塞性肺通氣功能不足常見于慢性阻塞性肺疾病及支氣管哮喘或上呼吸道感染導致的喉頭水腫；肺換氣功能不足導致的慢性呼吸衰竭，表現在通氣血流比例失調，常見于肺氣腫、肺大泡等，及肺血管性的疾病如肺血管灌注不足導致的通氣血流比例失調，或肺間質纖維化、塵肺等導致的肺彌散功能下降。