L'accroissement de PaCO (hypercapnie), lié à la présence de dioxyde de carbone dans l'air inspiré (PiCO) induit une baisse du pH artériel (acidose respiratoire) par suite de la libération d'ions H+ selon la réaction suivante :
Cette augmentation de PaCO et la chute concomitante du pH artériel qui sont d'autant plus importantes que PiCO est élevée, vont engendrer un ensemble de réactions physiologiques caractéristiques de l'hypercapnie exogène. Pour la plupart des fonctions physiologiques, ces effets sont biphasiques : effet maximal lors des premières 24 heures d'exposition (hypercapnie aiguë), suivie ultérieurement d'une atténuation plus ou moins importante de ces effets grâce notamment à la mise en jeu par l'organisme, de mécanismes d'adaptation à l'hypercapnie chronique (c'est le cas par exemple du pH artériel qui revient progressivement à un niveau proche du niveau de référence 7,40 après quelques jours d'exposition à une atmosphère enrichie en dioxyde de carbone).