典型的改变为PaO2降低，PaCO2降低，pH升高。根据动脉血气分析和吸入氧浓度可计算肺氧合功能指标，如肺泡–动脉氧分压差[P（A-a）O2]、肺内分流（Qs/QT）、呼吸指数[P（A-a）O2/PaO2]、氧合指数（PaO2/FiO2）等指标，对建立诊断、严重性分级和疗效评价等均有重要意义。

目前在临床上以PaO2/FiO2最为常用，PaO2的单位采用mmHg，FiO2为吸入氧浓度（吸入氧分数），如某位患者在吸入40％氧气的条件下，PaO2为80mmHg，则PaO2/FiO2为80/0.4=200mmHg。正常值为400～500mmHg，≤300mmHg是诊断ARDS的必要条件。考虑到ARDS的病理生理特点，新的ARDS柏林定义对监测PaO2/FiO2时患者的呼吸支持形式进行了限制，规定在监测动脉血气分析时患者应用的呼气末正压（PEEP）／持续气道内正压（CPAP）不低于5cmH2O。

早期由于过度通气而出现呼碱，pH可高于正常，PaCO2低于正常。后期若出现呼吸肌疲劳或合并代谢性酸中毒，则pH可低于正常，甚至出现PaCO2高于正常。