L'acidosi respiratoria, a differenza della forma metabolica, ha sempre la stessa patogenesi: un disturbo a carico dell'apparato respiratorio che provoca un aumento della pressione parziale di anidride carbonica nel sangue e, di conseguenza, all'interno delle cellule. All'interno delle cellule, in presenza di acqua, la CO2 va incontro a una reazione chimica catalizzata dall'enzima anidrasi carbonica con produzione di ioni idrogeno e conseguente riduzione del pH prima all'interno delle cellule e poi, se la causa dell'acidosi persiste, anche nei liquidi extracellulari, divenendo misurabile nel plasma: