La presenza di acidosi respiratoria si verifica dall'emogasanalisi sul sangue arterioso, che mostra invariabilmente un aumento della pressione parziale di anidride carbonica associato a pH plasmatico ridotto o ai limiti inferiori della norma. La concentrazione del bicarbonato plasmatico può essere normale o lievemente aumentata nelle forme acute, aumentata in quelle croniche a meno che non coesistano altri disturbi capaci di dare acidosi metabolica, in particolare anomalie della funzione renale.