Penentuan gagal napas pada kanker paru stadium lanjut didasarkan pada hasil analisis gas darah, dan gagal napas dapat didiagnosis bila karakteristik analisis gas darah mencapai tekanan parsial oksigen darah arteri <60mmHg dengan atau tanpa tekanan parsial karbondioksida >50mmHg. Gagal napas dibagi menjadi tipe I dan tipe II. Gagal napas tipe I adalah hipoksia sederhana, dengan tekanan parsial oksigen arteri <60mmHg dan tekanan parsial karbondioksida arteri berkurang atau normal pada analisis gas darah. gagal napas tipe II adalah gagal napas hiperkapnia, dengan tekanan parsial oksigen arteri <60mmHg dan tekanan parsial karbondioksida >50mmHg pada analisis gas darah. Pasien dengan kanker paru stadium lanjut mungkin memiliki ventilasi yang tidak memadai akibat obstruksi jalan napas oleh peradangan dan massa, dan patologi jalan napas, serta berkurangnya kepatuhan paru atau suplai darah yang buruk ke paru akibat keterlibatan parenkim atau interstisial paru, yang menyebabkan hipoksia dengan atau tanpa retensi karbondioksida, yang berakibat pada gagal napas. Manifestasi klinis gagal napas dapat berupa sesak napas, tekanan darah rendah, sianosis akibat hipoksia, mengantuk, apatis, dan kondisi mental lainnya.