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La toxicidad por monóxido de carbono (CO) es el resultado de una combinación de hipoxia tisular y daño directo mediado por CO a nivel celular, ya que no todos los signos y síntomas presentados pueden explicarse solo por la formación de carboxihemoglobina.
Las mitocondrias, especialmente la cadena de transporte de electrones, parecen ser el objetivo para el CO a nivel subcelular. Sin embargo, el efecto directo de CO en complejos individuales de la cadena respiratoria mitocondrial humana no se ha dilucidado por completo.
El monóxido de carbono es tóxico para las mitocondrias en el hombre, alterando la cadena respiratoria mitocondrial al nivel de citocromo c oxidasa.
Esta inhibición en la citocromo c oxidasa puede desempeñar un papel en el desarrollo de los síntomas observados en el envenenamiento agudo con CO y en algunas enfermedades relacionadas con el tabaquismo.