CO liga-se à hemoglobina, formando carboxihemoglobina e perturbando o transporte de oxigénio no sangue. O desenvolvimento do transporte deficiente de oxigénio da hemoglobina pode progredir cumulativamente com o tempo devido à reversão relativamente lenta da carboxihemoglobina para a hemoglobina normal. Assim, o envenenamento por CO pode “rastejar inesperadamente e sem ser notado” ao longo do tempo. Os sinais e sintomas do envenenamento por CO nas pessoas são relativamente inespecíficos. Um dos primeiros e importantes indicadores de exposição a quantidades excessivas de CO é o desenvolvimento de uma dor de cabeça severa e persistente. Outros sinais clínicos precoces comuns incluem tonturas, fraqueza, náuseas, vómitos, dores no peito, falta de ar, irritabilidade, e alteração do estado mental. Pode ocorrer perda de consciência, coma, e morte. Outros sinais e sintomas incluem taquicardia, taquipneia, hipotensão, vários achados neurológicos (incluindo perturbações da memória e cognitivas e sensoriais), acidose metabólica, arritmias, isquemia ou enfarte do miocárdio, e edema pulmonar não cardiogénico; qualquer sistema orgânico pode estar envolvido. Muitos sobreviventes de intoxicação grave por CO têm lesões cerebrais hipóxicas, que podem estar associadas a alterações de personalidade, défices de memória, perturbações nos movimentos voluntários dos músculos e o aparecimento de movimentos involuntários (síndromes extrapiramidais).