El CO se une a la hemoglobina, formando carboxihemoglobina e interrumpiendo el transporte de oxígeno en la sangre. El desarrollo de la alteración del transporte de oxígeno de la hemoglobina puede progresar de forma acumulativa a lo largo del tiempo debido a la reversión relativamente lenta de la carboxihemoglobina a la hemoglobina normal. Así pues, la intoxicación por CO puede «aparecer de forma inesperada y sin que se note» a lo largo del tiempo. Los signos y síntomas de la intoxicación por CO en las personas son relativamente inespecíficos. Uno de los primeros e importantes indicadores de la exposición a cantidades excesivas de CO es la aparición de un dolor de cabeza intenso y persistente. Otros signos clínicos tempranos comunes son el mareo, la debilidad, las náuseas, los vómitos, el dolor torácico, la dificultad para respirar, la irritabilidad y la alteración del estado mental. Puede producirse pérdida de conocimiento, coma y muerte. Otros signos y síntomas incluyen taquicardia, taquipnea, hipotensión, diversos hallazgos neurológicos (incluyendo deterioro de la memoria y alteraciones cognitivas y sensoriales), acidosis metabólica, arritmias, isquemia o infarto de miocardio y edema pulmonar no cardiogénico; cualquier sistema orgánico puede estar implicado. Muchos supervivientes de intoxicaciones graves por CO presentan lesiones cerebrales hipóxicas, que pueden asociarse a cambios de personalidad, déficits de memoria, alteraciones de los movimientos musculares voluntarios y la aparición de movimientos involuntarios (síndromes extrapiramidales).