Das Atemzentrum funktioniert normal an Land bis in Höhen von etwa 2.000 Meter über dem Meeresspiegel. Auf hohen Bergen oder unter Wasser kann es zu einer fehlerhaften Atemkontrolle kommen:

Mit abnehmendem Luftdruck bei zunehmender Höhe sinkt proportional der Sauerstoff-Anteil in der Luft. Bei körperliche Anstrengung in extremen Höhen beschleunigt das Atemzentrum die Atmung (Hyperventilation). Durch starkes Ausatmen reduziert sich die Kohlendioxid-Konzentration im Blut drastisch. Der steigende pH-Wert des Blutes (basisch) bremst den Atemantrieb, weil das Atemzentrum fälschlicherweise eine ausreichende Sauerstoff-Konzentration im Blut annimmt. Die Blutgefäße verengen sich gleichzeitig in der Lunge (mit der geringen Sauerstoff-Menge) und im Gehirn (mit der geringen Kohlendioxid-Menge). Die Sauerstoff-Aufnahme in der Lunge sinkt weiter. In der Folge entsteht im Gehirn eine Mangelversorgung mit Sauerstoff (Hypoxie) mit Benommenheit, Kopfschmerz und Sinnestäuschungen. Das Atemzentrum orientiert sich am Kohlendioxid-Wert und reagiert deshalb nicht. Durch den physiologischen Stress steigt der Blutdruck. Die Blutgefäße in der Lunge drücken immer mehr Plasma-Flüssigkeit in die Lungenbläschen. Es kommt mittelfristig zu einem (unbehandelt tödlichen) Lungenödem.

Daher gelten einige Verhaltensregeln, damit Bergsteiger nach Möglichkeit die Höhenkrankheit vermeiden.

1. Sich in der neuen Höhe akklimatisieren und langsam aufsteigen, damit der Körper sich der neuen Situation anpassen kann. So können sich verstärkt rote Blutkörperchen für den Sauerstoff-Transport bilden.
2. Unterbrechung des Aufstiegs sobald sich erste Symptome der Höhenkrankheit wie Kopfschmerzen oder Übelkeit zeigen. Wenn sich die Beschwerden nach einem Ruhetag nicht bessern, empfiehlt sich ein begleiteter Abstieg um mindestens 500 Höhenmeter.

Auch bei Apnoe-Tauchen kann das Atemzentrum außer Kontrolle geraten. Beim Luftanhalten erhöht sich der Kohlendioxid-Wert im Blut und der Atemreiz nimmt zu. Die gesunde Reaktion wäre, aufzutauchen und einzuatmen Normalerweise würde man jetzt auftauchen, um Luft zu holen. Beim Apnoe-Tauchen hyperventilieren die Taucher vor dem Abtauchen, um länger unter Wasser bleiben zu können: So atmen sie möglichst viel Kohlendioxid aus und zögern den Atemreiz hinaus. Die künstlich hohe Atemfrequenz beim Hyperventilieren führt nicht zu einer Erhöhung des Sauerstoff-Gehalt im Blut. Ist beim Tauchgang der Sauerstoff im Gehirn verbraucht, kann der Taucher schlagartig das Bewusstsein verlieren. Dem Atemzentrum kontrolliert weiter den Kohlendioxid-Wert im Blut. und löst ab einem Grenzwert den Atemreflex aus. Die Folge: Der Taucher atmet Wasser statt Luft ein – mit tödlichen Folgen.