肺动脉栓塞患者死亡的常见原因包括右心功能衰竭（栓塞使右心后负荷增加、功能受损，受年龄、基础心血管疾病、肥胖等影响）、严重低氧血症（肺通气-血流比例失调致低氧，受长期吸烟、基础肺部疾病等影响）、循环衰竭（右心功能衰竭致体循环灌注不足，受老年人、糖尿病史、长期卧床等影响）。
一、右心功能衰竭
1.机制：肺动脉栓塞后，栓塞部位血管阻力增加，右心需要克服更高的阻力来泵血，导致右心室后负荷急剧增加。随着时间推移，右心室逐渐扩张、功能受损，进而引发右心功能衰竭。大量的栓子阻塞肺动脉，会使肺循环阻力显著升高，右心射血受阻，心输出量下降，不能满足机体的氧供需求。例如，研究表明，急性大面积肺动脉栓塞时，右心室收缩压可明显升高，右心室与左心室压力比值增大，当右心功能无法代偿时，就会出现右心功能衰竭相关的一系列表现。
2.影响因素：年龄较大的患者本身心功能储备相对较差，对右心功能衰竭的耐受能力更弱；有基础心血管疾病病史的患者，如冠心病、高血压性心脏病等，其心脏结构和功能已存在一定程度的异常，在肺动脉栓塞的打击下更容易发生右心功能衰竭；肥胖患者由于心肺负担较重，也可能增加右心功能衰竭的发生风险。
二、严重低氧血症
1.机制：肺动脉栓塞导致肺通气-血流比例失调，部分肺泡无法进行有效的气体交换，同时肺内分流增加，使得氧气不能充分被摄取，二氧化碳排出受阻，从而引发严重低氧血症。当肺动脉被大面积栓塞时，通气区域的血流减少，而血流区域的通气减少，气体交换效率大幅降低。例如，肺通气-血流比例正常情况下约为0.8，而在肺动脉栓塞时该比例严重失衡，导致氧气不能正常进入血液，引起低氧。
2.影响因素：女性患者在激素等因素影响下，呼吸功能可能与男性存在一定差异，但这不是导致严重低氧血症的主要决定因素；长期吸烟的患者肺功能本身就存在一定程度的损害，在肺动脉栓塞时更容易出现严重低氧血症；有慢性阻塞性肺疾病等基础肺部疾病的患者，其肺功能基础较差，在肺动脉栓塞时低氧血症会更为严重。
三、循环衰竭
1.机制：肺动脉栓塞引起的右心功能衰竭进一步影响体循环，导致心输出量极度减少，全身组织器官灌注不足，最终引发循环衰竭。右心功能衰竭使得体循环回流受阻，动脉血压下降，各组织器官得不到足够的血液供应，细胞的氧供和营养物质供应中断，代谢紊乱，重要脏器功能逐渐衰竭。例如，当平均动脉压低于60mmHg时，就可能出现组织灌注不足相关的循环衰竭表现。
2.影响因素：老年人各器官功能衰退，对循环衰竭的代偿能力差；有糖尿病病史的患者，常伴有血管病变和神经病变，影响组织的灌注和修复，更容易在肺动脉栓塞后出现循环衰竭；长期卧床的患者，血液循环本身就相对缓慢，肺动脉栓塞时更易导致循环衰竭的发生。
