Il monossido di carbonio è un gas ad azione subdola, essendo incolore, inodore, insapore; il soggetto non lo avverte, se non quando è ormai tardi (si presentano emicrania, tachicardia, astenia, visione confusa e progressivamente difficile, perdita di coscienza). Si sprigiona ogni qual volta materiale organico brucia in carenza d'ossigeno (C=O), perché normalmente, in presenza di quantitativi adeguati d'ossigeno, si forma biossido di carbonio, od anidride carbonica (O=C=O), notevolmente meno tossica. Infatti, generalmente l'atomo di carbonio mostra una valenza elettronica quadrivalente, mentre nel caso del monossido di carbonio tale valenza è bivalente. Il tossico agisce legandosi saldamente all'emoglobina (carbossiemoglobina, CO-Hb), essendo - a pressioni ed a temperature ordinarie (P = 1 atm.; T = 25 °C) circa 300 volte più affine a questa molecola dell'ossigeno, che costituisce il fisiologico substrato. Ciò significa che anche una sola molecola d'ossido di carbonio presente nell'ambiente si lega istantaneamente all'emoglobina, rendendola inservibile a trasportare ossigeno. Infatti, il tossico agisce sottraendo, ad ogni inspirazione del soggetto, una quota fissa d'emoglobina all'ossigeno, cosicché, nel tempo, si verifica un effetto addizionale: quando gran parte dell'emoglobina è stata inattivata (il globulo rosso impiega circa 120 giorni a produrne di nuova), ed è stata superata la riserva fisiologica disponibile di tale molecola, si manifestano i sintomi asfittici a carico dei tessuti. È da sottolineare che, normalmente, la distruzione stessa dell'emoglobina invecchiata da parte del fegato produce un'esigua aliquota di monossido di carbonio, che, però, è ben inferiore alla dose tossica. Mentre le emoglobine dei vertebrati sono pesantemente affini al monossido di carbonio, in quanto contengono Ferro, così non accade per gl'invertebrati, i cui pigmenti respiratori (emocianina) sono poco o nulla affini a questo gas tossico. Il gas è più pesante dell'aria, pertanto in ambienti chiusi o non aerati si stratifica in basso. Per allontanarlo è sufficiente l'aerazione del locale. I principi d'avvelenamento (fino alla perdita di coscienza) possono essere reversibili, ma occorre tempismo nel portare il soggetto intossicato sotto la tenda ad ossigeno (attrezzatura presente al pronto soccorso degli ospedali, dove l'ossigeno fluisce sotto pressione), od - alternativamente - in una camera iperbarica, dove l'elevata pressione dell'aria in essa contenuta consente una diffusione dell'ossigeno direttamente nel plasma, in grado così da solo di ossigenare i tessuti in assenza di emoglobina funzionante. L'emoglobina, fisiologicamente, lega il 97 % dell'ossigeno indispensabile all'organismo perché alla pressione atmosferica usuale (1 atm.) l'ossigeno risulta poco solubile nell'acqua di cui è composto il plasma; a pressioni atmosferiche elevate, invece, l'ossigeno ha sufficiente capacità di discioglimento in acqua. Il monossido di carbonio non ha importanza bellica, perché troppo poco persistente in ambienti aperti, dove non raggiunge la dose tossica essenziale allo scopo.