Pada keracunan karbon monoksida, organ pertama yang mengalami kerusakan adalah otak, karena karbon monoksida mudah bergabung dengan hemoglobin dalam darah membentuk karboksihemoglobin. Karboksihaemoglobin mempengaruhi korteks serebral yang paling parah dan manifestasi klinis utamanya adalah hipoksia serebral, yang tingkat keparahannya sebanding dengan kejenuhan karboksihaemoglobin. Pada keracunan karbon monoksida ringan, terdapat sakit kepala, lemas, pusing, kesulitan bernapas selama persalinan, dan bahkan pingsan sementara selama persalinan, biasanya dengan kesadaran yang jelas. Pada kasus keracunan sedang hingga berat, pasien akan mengalami bibir merah ceri, mual, muntah, kesadaran kabur, dan bahkan koma. Ketika konsentrasi karboksihemoglobin dalam tubuh mencapai 50% atau lebih, pasien dapat menderita edema serebral, edema paru, kerusakan miokard, aritmia jantung, depresi pernapasan, dan kematian.