Es el único tipo de anoxia que cursa con baja saturación de oxígeno en la sangre arterial. Puede deberse a que el aire no contiene oxígeno suficiente a causa de una tensión baja del mismo (como en las grandes alturas) o de una concentración baja de oxígeno (cuando el aire contiene principalmente otros gases, como en el grisú de las minas). A 6000 m de altura la presión atmosférica es de 380 mm de Hg. La tensión de oxígeno es el 21 % de 380, o sea 80 mm de Hg, lo que representa sólo la mitad de la tensión de oxígeno a nivel del mar, cifra demasiado baja para permitir la oxigenosaturación adecuada de la sangre. La anoxia anoxémica puede también obedecer a procesos respiratorios (tales como neumonía y asma), que disminuyen el trasiego de oxígeno entre el pulmón y la sangre. La anoxia anoxémica de los Niños azules se debe a la presencia de un defecto cardiaco que permite la mezcla de la sangre arterial con la venosa antes de abandonar el corazón.
La enfermedad de las alturas o mal de las montañas es consecuencia de la anoxia anoxémica de las grandes altitudes. Una persona sana no sufrirá trastorno alguno si no rebasa los 3500 m de altitud. Si la ascensión es rápida, por ejemplo al escalar un alto pico, puede presentarse respiración rápida, debilidad muscular, cefalea, vómitos, cianosis (color rojoazulado de labios, orejas y uñas) y sopor mental. En vuelo no se experimentan los efectos de la anoxia por debajo de los 2000 m o incluso hasta los 3500 m, mientras no sea un largo viaje o un vuelo nocturno. Por encima de los 3500 m al principio los pilotos pueden no darse cuenta de que algo ocurre. Es más, uno de los peligros es precisamente el que en este periodo el piloto tiene una falsa sensación de bienestar. Sin embargo, si asciende por encima de los 7000 m, cualquier acción requiere un esfuerzo mayor, la coordinación muscular es difícil, la visión se torna borrosa, la audición es deficiente y se entorpece la capacidad de juicio. Los 8000 m, y ello por breves periodos, se consideran el límite ascensional del hombre sin oxigenación suplementaria. Véase Aeronáutica, Medicina aeronáutica, Efectos de las grandes alturas.
La mayoría de los individuos, al permanecer días o más tiempo a grandes alturas, se «aclimatan», esto es, la respiración se facilita, el número de hematíes aumenta y la cianosis decrece hasta desaparecer. De ordinario el hombre puede vivir largos periodos a altitudes de unos 5000 m. En Chile existen indígenas que viven aproximadamente a 6000 m y trabajan en minas a 6500 m. Estos individuos presentan un característico tórax en tonel. No obstante, las personas habituadas a menores altitudes no pueden trabajar eficazmente largo tiempo en tales ambientes si no es con suplementos de oxígeno; muchos incluso se desvanecerían, (v. Aclimatación) . Es obvio que cuando se continúa ascendiendo llega un momento en que la presión atmosférica es tan baja que aunque el aire tuviese el 100 % de oxígeno su tensión sería insuficiente para una idónea oxigenosaturación sanguínea. Este punto se alcanza aproximadamente a los 13000 m, donde la presión atmosférica es sólo de 162 mm de Hg. A partir de este punto resulta inútil limitarse a aumentar la proporción de oxígeno en el aire y deben adoptarse otras medidas.
