O CO₂ competem entre si, para se combinar com a hemoglobina, porém o monóxido de carbono (CO) tem uma afinidade pela Hb que é 200 vezes maior que a do O₂; o produto resultante, chamado carboxi-hemoglobina, se mostra como uma molécula com Fe de maior afinidade pelo O₂. A exposição ao CO resulta em tremenda queda na capacidade do sangue oxigenar os diferentes tecidos; reduz a quantidade de Hb disponível para se ligar ao O₂ e causa um progressivo desvio para esquerda na curva de dissociação da oxi-Hb (aumentando a afinidade e, portanto impedindo a liberação de O₂ aos tecidos).

Considera-se "intoxicação pelo monóxido de carbono" quando os níveis de carboxi-hemoglobina elevam-se acima de 10%. A redução na oxi-hemoglobina e o desvio para a esquerda na sua afinidade são particularmente lesivos ao miocárdio, onde 70% do O₂ é extraído da circulação comparando com 25% dos demais tecidos. A meia vida do CO é 240 min (4 horas) quando respirando ar, 60 minutos respirando 100% de O₂, e 29 min `3 atmosferas de O₂ absoluto.