Setelah 4-6 menit hipoksia serebral, sel-sel otak mulai mengalami kerusakan dan fungsi yang tidak dapat dipulihkan terpengaruh, menyebabkan gangguan seluruh otak, suatu proses yang hampir tidak dapat dipulihkan dan juga dapat disebut sebagai kerusakan difus. Satu-satunya cara untuk memperbaiki keadaan yang mendasari kematian otak adalah dengan memperbaiki iskemia dan hipoksia pada waktu yang tepat. Iskemia serebral dan hipoksia, serta koma, hilangnya refleks batang otak dan hilangnya pernapasan sukarela, semuanya merupakan tanda-tanda kematian otak. Jika tidak diselamatkan secara efektif, apoptosis sel otak dapat dimulai setelah 4-6 menit hipoksia, dan kematian otak dapat terjadi seiring dengan perkembangannya. Kematian otak adalah proses yang tidak dapat dipulihkan di mana seluruh otak, termasuk batang otak, hilang. Dalam keadaan vegetatif, fungsi batang otak hadir, sedangkan dalam keadaan koma, karena gangguan fungsi kortikal yang tiba-tiba atau depresi total, pasien mungkin memiliki pernapasan sukarela, detak jantung, dan refleks batang otak. Pasien yang mati otak pasti tidak bernapas sendiri dan tidak dapat dipulihkan. Kematian otak dapat disebabkan oleh semua penyebab iskemia global dan perubahan hipoksia di otak, seperti infark serebral masif, pendarahan otak, trauma kranio-serebral, tenggelam, henti napas dan jantung, dll.