大腦是對缺氧最敏感的組織，重度一氧化碳中毒，可導致大腦皮層的嚴重損害，當血液碳氧血紅蛋白濃度達到30%-50%以上，患者會出現抽搐、昏迷、血壓下降、心律失常，甚至會出現呼吸衰竭、循環衰竭等癥狀，也可以出現吸入性的肺炎。長期昏迷的患者還可以造成壓瘡、橫紋肌的溶解，以及肌球蛋白的釋放和急性的腎功能衰竭等。重度一氧化碳中毒，遲發性性腦病的發生率能達到50%。 一氧化碳的并發癥為遲發性腦病，病人可以出現反應遲緩、發呆、動作遲鈍，甚至是哭笑無常，定向力差，甚至出現對某些比較熟悉的事物和人失去的記憶力。嚴重者還可以出現不知道饑飽、大小便異常，出現震顫麻痹等錐體外系的反應。還有會表現為失明、癲癇、肢體的癱瘓等神經系統的癥狀。所以，常把遲發性腦病的癥狀誤以為是一氧化碳中毒的后遺癥。