A molécula de CO forma a molécula de carboxihemoglobina (HbC) ao fazer uma ligação química bastante estável com a hemoglobina, e com isso a impossibilita de transportar oxigênio no processo de respiração. Sua afinidade pela hemoglobina é mais de 200 vezes maior que o oxigênio. Além disso, a molécula de CO inibe a enzima citocromo C oxidase mitocondrial, e tem efeitos a nível inflamatório, além de aumentar o estresse oxidativo perivascular, dessa forma sua inalação independentemente do nível de concentração é bastante prejudicial ao organismo. Além disso, na presença de luz ou calor reage com o cloro (Cl₂), formando fosgênio (COCl₂), um gás extremamente tóxico que muitas vezes se forma quando plásticos e outros materiais sintéticos queimam em lugar com baixa concentração de O₂.