CO2ナルコーシスは、ある瞬間突然昏睡に陥るわけではありません。多くの場合、意識レベルが著しく低下する前に特徴的な初期症状が現れます。これらを早期に察知できるかどうかが、予後を大きく左右します。
二酸化炭素には強力な血管拡張作用があるため、初期段階では頭蓋内圧亢進による「拍動性の頭痛」や、自律神経刺激による「多量の発汗（特に顔面や頸部）」、「顔面紅潮」「血圧上昇」「頻脈」が観察されます。患者が「頭が重い」「暑くて汗が出る」と訴えた際は、単なる体調不良と片付けず、換気状態の悪化を疑う視点が不可欠です。
神経学的所見として極めて特徴的なのが、両腕を前方にまっすぐ伸ばし手関節を背屈させた際に見られる羽ばたき振戦（アステリキシス）です。羽ばたくようにピクピクと不随意に手が落ちる動きが確認された場合、高度な高炭酸ガス血症が疑われます。さらに病状が進むと、会話のつじつまが合わなくなる不穏や見当識障害が生じ、次第に呼びかけへの反応が鈍くなる傾眠傾向から昏睡へと移行します。
