除原发疾病、低氧血症及CO ₂储留所致的临床表现外，呼吸衰竭的诊断主要依靠血气分析。而结合肺功能、胸部影像学和纤维支气管镜等检查对于明确呼吸衰竭的原因至关重要。

对判断呼吸衰竭和酸碱失衡的严重程度及指导治疗均具有重要意义。pH可反映机体的代偿状况，有助于鉴别急性或慢性呼吸衰竭。当PaCO ₂升高、pH正常时，称为代偿性呼吸性酸中毒；若PaCO ₂升高、pH<7.35，则称为失代偿性呼吸性酸中毒。需要指出，由于血气受年龄、海拔高度、氧疗等多种因素影响，具体分析时一定要结合临床情况。

尽管在某些重症患者，肺功能检测受到限制，但我们能通过肺功能判断通气功能障碍的性质（阻塞性、限制性或混合性）及是否合并换气功能障碍，并对通气和换气功能障碍的严重程度进行判断。呼吸肌功能测试能够提示呼吸肌无力的原因和严重程度。

包括X线平片、CT、放射性核素通气/灌注扫描和肺血管造影等，用于辅助诊断导致呼吸衰竭的病因。

用于明确大气道内状况，取得下呼吸道分泌物或病理标本。