Ogólnie rzecz biorąc, mózg może wytrzymać do trzech do sześciu minut bez tlenu, zanim nastąpi uszkodzenie mózgu, ale może się to różnić w zależności od osoby. Jeśli mózg jest pozbawiony tlenu przez dłuższy czas, prawdopodobnie nastąpi poważne i często nieodwracalne uszkodzenie. Po dziesięciu minutach dochodziło na ogół do poważnych uszkodzeń neurologicznych. Bardzo niewiele osób odzyskuje jakąkolwiek funkcję poznawczą po tym, jak mózg jest pozbawiony tlenu przez 15 lub więcej minut.
Ponieważ mózg nie jest w stanie samodzielnie zatrzymać tlenu, polega na stałym dostarczaniu go przez krwioobieg. Śmierć mózgu może nastąpić szybko, ponieważ komórki zaczynają obumierać bez żadnych zapasów tlenu lub nowego tlenu krążącego do mózgu. Niemal natychmiast po ustaniu poboru tlenu komórki mózgowe zaczynają zanikać. Mózg zwykle wytrzymuje bez tlenu tylko kilka minut, zanim na pewnym poziomie nastąpi uszkodzenie.
Czasami mózg może działać dłużej bez tlenu, zanim uszkodzenie mózgu stanie się poważne, ale zwykle wymaga to bardzo szczególnych okoliczności. Zwykle wymaga, aby ustanie tlenu następowało w tym samym czasie, gdy ciało bardzo szybko się ochładza, na przykład gdy osoba wpada do lodowatej wody i zaczyna tonąć. Wiadomo, że małe dzieci potrafią wytrzymać nawet pół godziny bez tlenu i nadal przeżywają w takich sytuacjach.
W większości przypadków uszkodzenie mózgu jest nieodwracalne, gdy występuje z powodu długotrwałej deprywacji tlenu. Z tego powodu w przypadku choroby lub urazu, w którym ustaje oddychanie, personel ratunkowy powinien pracować nad zapewnieniem stałego przepływu tlenu do serca i mózgu. Można to zrobić sztucznymi środkami lub poprzez zmuszenie pacjenta do samodzielnego oddychania. Śmierć jest zwykle ogłaszana, gdy mózg jest pozbawiony tlenu dłużej niż 15 minut.
Chociaż mózg może wytrzymać tylko kilka minut bez tlenu, zanim nastąpi jakiś rodzaj uszkodzenia mózgu, pacjenci często mogą odzyskać funkcje poznawcze, jeśli zostaną szybko leczeni. Nasilenie długotrwałych powikłań jest zwykle bezpośrednio skorelowane z czasem, w którym dana osoba była pozbawiona tlenu. Dokładny wynik i poziom uszkodzenia pacjenta może również zależeć od tego, dlaczego przestał oddychać.