Im Allgemeinen kann das Gehirn bis zu drei bis sechs Minuten ohne Sauerstoff aushalten, bevor ein Hirnschaden auftritt, dies kann jedoch von Person zu Person variieren. Wenn das Gehirn länger ohne Sauerstoff auskommt, kommt es wahrscheinlich zu schweren und oft irreversiblen Schäden. Nach zehn Minuten sind in der Regel schwere neurologische Schäden aufgetreten. Nur sehr wenige Menschen erlangen eine kognitive Funktion zurück, nachdem das Gehirn 15 oder mehr Minuten ohne Sauerstoff ausgekommen ist.
Da das Gehirn selbst keinen Sauerstoff speichern kann, ist es auf eine stetige Zufuhr über den Blutkreislauf angewiesen. Der Hirntod kann schnell eintreten, wenn die Zellen beginnen abzusterben, ohne dass Sauerstoffvorräte vorhanden sind oder neuer Sauerstoff zum Gehirn zirkuliert. Fast unmittelbar nachdem die Sauerstoffaufnahme aufgehört hat, beginnen die Gehirnzellen abzusterben. Das Gehirn hält normalerweise nur wenige kurze Minuten ohne Sauerstoff aus, bevor es zu Schäden auf einer bestimmten Ebene kommt.
Gelegentlich kann das Gehirn ohne Sauerstoff länger überleben, bevor die Hirnschädigung schwerwiegend wird, aber dies erfordert normalerweise ganz bestimmte Umstände. Es erfordert normalerweise, dass die Sauerstoffzufuhr gleichzeitig mit der sehr schnellen Kälte des Körpers erfolgt, beispielsweise wenn eine Person in eisiges Wasser fällt und zu ertrinken beginnt. Es ist bekannt, dass kleine Kinder bis zu einer halben Stunde ohne Sauerstoff auskommen und trotzdem in Situationen wie dieser überleben.
In den meisten Fällen ist ein Hirnschaden irreversibel, wenn er aufgrund eines langfristigen Sauerstoffmangels auftritt. Aus diesem Grund ist es bei Krankheits- oder Verletzungsfällen, bei denen die Atmung aussetzt, unerlässlich, dass das Rettungspersonal daran arbeitet, Herz und Gehirn stetig mit Sauerstoff zu versorgen. Dies kann durch künstliche Mittel erfolgen oder indem der Patient wieder selbstständig atmen kann. Der Tod wird normalerweise erklärt, wenn das Gehirn mehr als 15 Minuten ohne Sauerstoff ausgekommen ist.
Obwohl das Gehirn nur wenige Minuten ohne Sauerstoff auskommen kann, bevor eine Art von Hirnschaden auftritt, können Patienten bei schneller Behandlung oft ihre kognitiven Funktionen wiedererlangen. Die Schwere von Langzeitkomplikationen steht in der Regel in direktem Zusammenhang mit der Zeit, in der die Person ohne Sauerstoff auskommt. Das genaue Ergebnis und das Ausmaß der Schädigung eines Patienten können auch davon abhängen, warum er oder sie von Anfang an aufgehört hat zu atmen.