Гипоксемическая форма ДН характеризуется артериальной гипоксемией, развивающейся, главным образом, в результате нарушения регионарного вентиляционно-перфузионного баланса или внутрилёгочного шунтирования крови.
Гипоксемическая ДН характеризуется глубокой гипоксемией, трудно корригируемой кислородотерапией. Обычно эта форма ДН возникает на фоне таких тяжёлых паренхиматозных заболеваний лёгких, как пневмония, ОРДС, отёк лёгких. Классическими клиническими признаками являются острое начало, диспноэ, тахипноэ, рентгенологические признаки диффузной альвеолярной инфильтрации, крепитация. Ведущим механизмом нарушения газообмена является внутрилёгочный шунт справа налево, возникающий вследствие "затопления" альвеол. На ранних стадиях гипоксемической ДН имеются гипоксемия и респираторный алкалоз, гиперкапния встречается редко и появляется лишь при дальнейшем прогрессировании патологического процесса. Например, РаСО2 может повыситься при отёке лёгких, когда пена заполняет дыхательные пути, или если величина шунтового кровотока начинает превышать 60% от сердечного выброса. Учитывая, что основной причиной гипоксемической недостаточности является поражение паренхимы лёгких, также используются термины паренхиматозная или лёгочная недостаточность.