二氧化碳潴留有多种临床表现，呼吸系统表现有呼吸频率改变（急性时增快、慢性时浅慢）、呼吸节律异常（如潮式呼吸）、呼吸困难；神经系统表现有头痛（前额及颞部搏动性，清晨明显）、精神神经症状（早期兴奋、后期抑制）；循环系统表现有血压先升高后下降、出现心律失常；其他表现有皮肤潮红温暖多汗、酸碱平衡及电解质紊乱相关表现（如高钾血症等）。
呼吸频率改变：急性二氧化碳潴留时，患者呼吸频率可显著增快，如慢性阻塞性肺疾病急性加重患者，可能出现呼吸频率达30次/分钟以上的情况，这是机体试图通过加快呼吸来排出更多二氧化碳的一种代偿表现；而慢性二氧化碳潴留患者，呼吸频率可能由增快逐渐转为浅慢，这是因为长期的二氧化碳潴留导致呼吸中枢对二氧化碳的敏感性下降，呼吸驱动减弱。
呼吸节律异常：常见的有潮式呼吸，表现为呼吸由浅慢逐渐变为深快，然后再由深快转为浅慢，随之出现一段呼吸暂停期，如此周而复始。这是由于二氧化碳潴留影响了呼吸中枢的正常调节功能所致。例如，一些严重肺部疾病晚期的患者可能出现潮式呼吸。
呼吸困难：患者会感觉呼吸费力，主观上有空气不足、呼吸不畅的感觉。在病情较轻时，可能仅在活动后出现，随着二氧化碳潴留的加重，静息状态下也会出现明显呼吸困难，如慢性肺源性心脏病患者，随着病情进展，呼吸困难会逐渐加重。
神经系统表现
头痛：是二氧化碳潴留较常见的神经系统表现，多为前额部及颞部搏动性头痛，这是因为二氧化碳潴留引起脑血管扩张，颅内压升高所致。尤其在清晨起床时头痛较为明显，这与夜间睡眠时二氧化碳潴留进一步加重，脑血管扩张更明显有关。
精神神经症状：早期可表现为兴奋症状，如烦躁不安、失眠、精神错乱等，这是由于二氧化碳潴留刺激大脑皮质所致；随着二氧化碳潴留加重，会出现抑制症状，如表情淡漠、嗜睡、昏迷等。例如，慢性阻塞性肺疾病合并Ⅱ型呼吸衰竭的患者，在病情加重时可能先出现烦躁，随后逐渐陷入嗜睡甚至昏迷状态。对于儿童患者，二氧化碳潴留导致的神经系统表现可能更为敏感，可能出现易激惹、抽搐等情况，这是因为儿童的神经系统发育尚未完全成熟，对二氧化碳潴留的耐受性较差。
循环系统表现
血压变化：早期二氧化碳潴留可引起血压升高，这是因为二氧化碳潴留刺激交感神经，使心率加快、外周血管收缩，从而导致血压升高。但随着病情进一步恶化，严重的二氧化碳潴留可导致心肌收缩力减弱，心输出量减少，血压下降。例如，肺心病患者在急性加重期，可能先出现血压升高，随后因二氧化碳潴留加重出现血压降低。
心率失常：可出现早搏、心房颤动等心律失常表现。这是由于二氧化碳潴留影响心肌的电生理活动，导致心肌兴奋性改变和传导功能异常。在老年患者中，由于本身存在心脏基础疾病的概率较高，二氧化碳潴留引起心律失常的风险可能更高，需要密切监测心率和心律变化。
其他表现
皮肤表现：患者皮肤可出现潮红、温暖多汗的表现，这是因为二氧化碳潴留引起外周血管扩张，血流增加所致。尤其是颜面、颈部皮肤明显，如慢性阻塞性肺疾病患者在急性发作出现二氧化碳潴留时，常可见面色潮红。
酸碱平衡及电解质紊乱相关表现：二氧化碳潴留可导致呼吸性酸中毒，进而引起电解质紊乱，如高钾血症等。高钾血症可表现为四肢乏力、心律失常等，严重时可出现心跳骤停等严重后果。对于合并糖尿病等基础疾病的患者，二氧化碳潴留引起的酸碱平衡及电解质紊乱可能会加重原有的病情，需要更加谨慎地进行监测和处理。
