中枢性呼吸衰竭会引发呼吸频率与节律异常、呼吸困难、发绀及精神神经症状等表现。呼吸频率可增快或偏离正常范围，节律有潮式呼吸、比奥呼吸等异常；呼吸困难有吸气性和呼气性；发绀因气体交换障碍致还原血红蛋白增多出现；精神神经症状包括不同程度意识障碍及头痛、烦躁不安、抽搐等。
呼吸节律异常：常见的有潮式呼吸（Cheyne-Stokesrespiration），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，周而复始。这是由于呼吸中枢的兴奋性降低，使调节呼吸的反馈系统失常所致。还有比奥呼吸（Biot’srespiration），表现为不规则的呼吸节律，呼吸次数明显减少，间以呼吸暂停，这种情况提示病情更为严重，往往是呼吸中枢严重抑制的表现，可见于脑损伤、脑膜炎等疾病引起的中枢性呼吸衰竭。
呼吸困难表现
吸气性呼吸困难：当中枢性呼吸衰竭影响到吸气相关的神经调控时，可能出现吸气性呼吸困难。表现为吸气费力，患者吸气时胸廓周围肌肉用力收缩，辅助呼吸肌参与呼吸，可出现三凹征（胸骨上窝、锁骨上窝及肋间隙在吸气时明显凹陷）。这是因为上呼吸道部分梗阻，吸气时气体进入肺内困难，而中枢性因素导致吸气肌的驱动异常，使得吸气过程受阻。例如，脑干病变影响了控制吸气肌的神经传导通路，就可能引发吸气性呼吸困难。
呼气性呼吸困难：中枢性呼吸衰竭也可能导致呼气性呼吸困难，表现为呼气延长，呼气费力。这是由于呼气相关的神经调控异常，呼气肌的舒张功能受到影响，气体排出受阻。在慢性阻塞性肺疾病引起的中枢性呼吸衰竭中，可能因为呼吸中枢对二氧化碳的敏感性改变，导致呼气时气道阻力增加，出现呼气性呼吸困难。
发绀表现
发绀机制：中枢性呼吸衰竭时，由于气体交换障碍，血液中还原血红蛋白增多。正常动脉血氧饱和度（SaO）应大于95%，当SaO降低至低于90%时，就可出现发绀。发绀常表现为口唇、甲床等部位颜色青紫。对于新生儿，由于其皮肤薄嫩，发绀表现可能更为明显，且新生儿中枢神经系统发育不完善，更容易受到呼吸中枢病变的影响，一旦发生中枢性呼吸衰竭，发绀出现较早且可能更严重。对于患有基础疾病的人群，如患有脑部血管病变的老年人，发生中枢性呼吸衰竭时，发绀也是重要的表现之一，因为脑部病变影响呼吸中枢后，气体交换受阻，导致血液氧合不足，出现发绀。
精神神经症状
意识障碍：中枢性呼吸衰竭常伴有不同程度的意识障碍。轻度时可能表现为嗜睡，患者睡眠时间延长，但可被唤醒；随着病情加重，可出现昏睡，唤醒后很快又入睡；严重时可出现昏迷，对各种刺激均无反应。这是因为呼吸中枢受损后，大脑得不到足够的氧供，导致神经细胞功能障碍，从而引起意识改变。例如，脑干出血的患者，由于直接影响呼吸中枢，同时也会影响脑部的血液供应，很快出现意识障碍，同时伴有呼吸衰竭的表现。对于儿童，中枢神经系统相对脆弱，中枢性呼吸衰竭时更易出现意识障碍，如感染性脑病引起的中枢性呼吸衰竭，儿童可能迅速出现烦躁、嗜睡甚至昏迷等不同程度的意识改变。
其他神经症状：还可能出现头痛、烦躁不安、抽搐等症状。头痛是因为脑部缺氧、二氧化碳潴留引起脑血管扩张所致。烦躁不安是由于中枢神经系统功能紊乱，患者感觉不适而表现出的情绪改变。抽搐则是因为缺氧和二氧化碳潴留导致神经细胞异常放电引起，可见于严重的中枢性呼吸衰竭患者，如急性脑梗死影响呼吸中枢并导致脑功能严重紊乱时，可能出现抽搐症状。对于老年人，本身脑血管弹性差，中枢性呼吸衰竭时头痛等症状可能更为明显，且抽搐的风险也相对较高，需要密切观察。
