二氧化碳潴留因肺通气和（或）换气功能障碍致血中PaCO2＞50mmHg，有呼吸系统表现：急性时呼吸频率增快，慢性时呼吸频率减慢、节律异常如潮式呼吸，慢性者可现浅快呼吸；神经系统表现：有头痛，早期兴奋如烦躁等，加重后抑制如嗜睡昏迷，还可有扑翼样震颤；循环系统表现：早期血压升高、心率增快，加重后血压下降、心率减慢可致心律失常，且有皮肤潮红温暖等表现。
呼吸系统表现：
呼吸频率、节律改变：急性二氧化碳潴留时，患者呼吸可表现为呼吸频率增快，如急性呼吸窘迫综合征患者早期可出现呼吸急促，频率可达30-50次/分以上；而慢性二氧化碳潴留患者，由于机体逐渐适应高碳酸血症，呼吸中枢对二氧化碳的敏感性降低，呼吸主要靠低氧血症对颈动脉体、主动脉体化学感受器的刺激来维持，此时呼吸频率可能减慢，节律也可异常，如出现潮式呼吸（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，如此周而复始。对于儿童患者，二氧化碳潴留时呼吸改变可能更为明显且急骤，因为儿童呼吸系统代偿能力相对较弱，例如肺炎导致二氧化碳潴留的儿童，可能迅速出现呼吸急促等表现。
呼吸深度变化：慢性二氧化碳潴留患者可能出现浅快呼吸，这是因为呼吸肌疲劳等原因，呼吸做功增加但效率降低；急性严重二氧化碳潴留时，患者可能出现深大呼吸（Kussmaul呼吸），但这在二氧化碳潴留中相对不典型，更多见于代谢性酸中毒等情况。
神经系统表现：
头痛：是二氧化碳潴留常见的神经系统症状，机制主要是二氧化碳潴留引起脑血管扩张，颅内压增高所致。一般表现为双侧头部胀痛，早晨起床时可能较为明显，这与夜间睡眠时呼吸中枢驱动降低，二氧化碳潴留加重有关。对于不同年龄人群，儿童患者头痛可能表述不清晰，但可能会出现烦躁不安等表现；老年人由于本身脑血管调节功能减退，头痛可能更为敏感。
精神神经症状：早期可表现为兴奋症状，如烦躁不安、躁动、失眠等，这是因为二氧化碳潴留刺激大脑皮质所致；随着二氧化碳潴留进一步加重，可出现抑制症状，如神志淡漠、嗜睡、昏迷等。例如慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者，在病情急性加重出现二氧化碳潴留时，可先有烦躁，随后逐渐陷入嗜睡甚至昏迷。儿童患者神经系统发育不完善，二氧化碳潴留对其影响更易出现意识障碍等严重表现，且恢复可能相对困难。
扑翼样震颤：当二氧化碳潴留引起肝性脑病等情况时可能出现，但在呼吸衰竭导致的二氧化碳潴留中也可见到，表现为双手平伸时出现震颤，类似于鸟儿扑翼的动作，是由于中枢神经系统功能紊乱引起的。
循环系统表现：
血压变化：早期二氧化碳潴留时，由于交感神经兴奋，患者血压可升高，这是机体为了保证重要脏器灌注的一种代偿机制；但随着二氧化碳潴留进一步加重，心肌收缩力减弱，血压可下降，严重时可出现休克。对于不同性别患者，在血压变化上无明显特异性差异，但女性在围绝经期等特殊时期，本身心血管功能可能有一定波动，二氧化碳潴留对其血压影响可能更需关注。
心率变化：早期心率增快，这是因为缺氧和二氧化碳潴留刺激交感神经，释放儿茶酚胺，导致心率加快；当二氧化碳潴留严重时，心肌受损，心率可减慢，严重者可出现心律失常，如室性早搏、房室传导阻滞等。儿童患者心率本身相对较快，二氧化碳潴留时心率变化可能更为显著，需密切监测。
皮肤表现：二氧化碳潴留可引起皮肤血管扩张，表现为皮肤潮红、温暖，尤其是颜面、颈部等部位，这是由于外周血管扩张，散热增加所致。
