純氧中毒早期表現是胸骨後的不適、疼痛，症狀在吸氣的時候會加重，患者可出現頻繁的咳嗽，出現進行性的呼吸困難，甚至出現急性呼吸窘迫綜合徵。

隨後出現自主神經系統的症狀，患者會表現為面色蒼白、出冷汗、噁心、眩暈、胸骨後疼痛、欣快感或者是煩躁不安、幻聽、幻視、心悸不適。繼而出現面部肌肉的陣攣、震顫，呼吸、脈搏的加快、血壓升高，少數患者會出現虛脫，出現癲癇大發作，每次持續10-60秒鐘，知覺喪失、大小便失禁。

如果患者脫離了純氧的環境，可以在5-10分鐘後症狀逐漸消失，嚴重的還會再發作1-2次，在正常的情況下患者仍然會有意識模糊，可能會有症狀逐漸清醒，並自己感覺疲勞、頭痛、噁心等症狀。患者繼續暴露在純氧的環境中，可反覆發作抽搐進入昏迷狀態，部分患者會由呼吸衰竭而導致死亡。