Ιστική υποξία εγκαθίσταται εφόσον η μερική πίεση του O2 στο περιβάλλον των μιτοχονδρίων μειωθεί κάτω της κριτικής τιμής (=4 mmHg ), οπότε η οξειδωτική φωσφορυλίωση αναστέλλεται και η συντελουμένη συκέντρωση ADP ενεργοποιεί μηχανισμούς γλυκολύσεως, μέσω αναεροβίων διαδικασιών, προς παραγωγή ελαχίστων ποσών ενέργειας, γαλακτικού οξέως και Η+. Η αναλογία ΑΤΡ/ADP και η συγκέντρωση άλλων υψηλής ενέργειας ουσιών, όπως η φωσφοκρεατινίνη, μειώνεται σημαντικά στο περιβάλλον ιδίως ιστών με υψηλούς μεταβολικούς ρυθμούς, όπως ο εγκεφαλικός ιστός, των οποίων η λειτουργία υποστρέφεται δραστικά. Πιστεύεται ότι η λειτουργία των νευρώνων αναστέλλεται, εάν η PO2 στην επιφάνεια των κυττάρων μειωθεί κάτω των 20 mmHg. Αντίθετα, η λειτουργία οργάνων με χαμηλότερους μεταβολικούς ρυθμούς παρατείνεται επί ορισμένο χρονικό διάστημα. Έτσι, οριστική βλάβη εμφανίζεται μετά 1 λεπτό ανοξίας στον εγκέφαλο, 5 λεπτά στην καρδιά, 10 λεπτά στο ήπαρ και τους νεφρούς και μέχρι 2 ώρες στους σκελετικούς μύες. Πέρα από τις σύμφυτες διαφορές στην ευαισθησία στην ανοξία κάθε οργάνου, σημαντικό ρόλο διαδραματίζουν επίσης άλλοι παράγοντες, όπως η παροχή O2 κατά την αποκατάσταση και η χωρητικότητα των ιστικών αποθήκων O2.
Τα ανενεργή όργανα, όπως η καρδιά σε ασυστολία ή ο εγκέφαλος σε υποθερμία, εμφανίζουν ανθεκτικότητα στην ανοξία και μικρή, αλλά ευδιάκριτη αύξηση του χρόνου επιβιώσεώς τους. Σημειωτέον, ότι η υποθερμία μειώνει τις ιστικές απαιτήσεις σε O2 και αύξανει τη διαλυτότητα του τελευταίου στους ιστούς. Τα Η+ που παράγονται κατά τον αναερόβιο μεταβολισμό της γλυκόζης, συγκεντρώνονται στον εγκέφαλο, εφ’όσον, ως φορτισμένα ιόντα, δε διέρχονται τον αιματεγκεφαλικό φραγμό. Το παραγόμενο στα υπόλοιπα όργανα, γαλακτικό οξύ και τα απελευθερούμενα Η+ διαχέονται στο αίμα, όπου μπορούν να μετρηθούν ως έλλειμμα βάσεως, περίσσεια γαλακτικού οξέος ή ως αναλογία γαλακτικού/πυρουβικού οξέος (à883). Έτσι, σε καταστάσεις με βαρειά –ιδίως οξεία- εγκεφαλική υποξία, το pH μειώνεται σε επίπεδα χαμηλότερα από τα κατώτερα ανεκτά για την απρόσκοπτη ενζυματική δραστηριότητα και προκαλείται ενδοκυττάρια οξέωση και εγκεφαλικό οίδημα.