气体（如氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳）的毒性作用可导致潜水时出现问题。
（另见潜水损伤概述。）
空气是一种混合气体，主要由氮气和氧气以及很少量的其他一些气体组成。每种气体都有一定的分压，取决于它在空气中的浓度以及大气压力。氧气和氮气分压过高可产生有害影响。
潜水时氧气中毒
当氧分压达到 1.4 个大气压或更高时，多数人会发生氧气中毒。如果潜水员吸入纯氧，那么在 4 米（13 英尺）的深度就会达到这一分压。由于空气中只有 21% 的氧气，因此要在呼吸空气的条件下达到中毒性分压，需要潜水到 57 米（187 英尺）以上。尽管氧气中毒在氧分压低于 2.8 个大气压的高压氧舱内很少发生，但是深度潜水时使用不恰当氧气浓度仍有较高的风险。
症状包括针刺感、局灶性癫痫（如面部、唇、或一侧肢体抽搐）、眩晕、恶心、呕吐及视野变窄（管状）等。约10%的患者有癫痫发作和晕厥，这样可能导致溺水。
为预防深部潜水时氧气中毒，需要进行特制的混合气体及特殊培训。
潜水时氮气麻醉
氮气麻醉（深昏迷）是由氮分压过高引起。
症状与酒精中毒类似。患者变得欣快，定向力差，判断力也差。他们不能按时游向水面，甚至还继续往深处游，而自认为是在游向水面。对于在水下约30米呼吸压缩空气的潜水者，这些影响会变得非常明显。
为尽量减少这些影响，深度潜水的潜水者通常要吸入特定的混合气体而非常规气体。可使用低浓度氧气，用氦气而非氮气稀释，因为氦气不会引起麻醉。但在超过 500-600 英尺的深度通过氦气潜水易发生高压性神经系统综合征。上浮过程中这种情况消退，但必须以适当缓慢的速率上浮，以避免减压病。
潜水时二氧化碳中毒
二氧化碳通过呼出的空气从体内释放。有些水肺潜水者会出现二氧化碳中毒，因为他们在用力活动时没有适当地增加呼吸。由于深水下空气被压缩，余留二氧化碳的浓度增高，需要费更大的力气才能通过呼吸道和呼吸器排出。主动减少呼吸速率以节省空气（“跳跃式呼吸”）也会导致血液中二氧化碳积聚。封闭或半封闭换气装置故障是二氧化碳中毒的另一个可能原因。
血液中二氧化碳蓄积是身体需要进行呼吸的信号。潜水者（比如潜水员，屏气，而不使用呼吸器）常在潜水前用力呼吸（故意过度换气），呼出大量的二氧化碳，但血中只增加了极少量的氧气。
这种方法使他们能在水下屏气潜游较长的时间，因为这时他们血中二氧化碳的水平较低。但这种方法（称为危险水下屏气）也是有危险的，因为在二氧化碳水平达到足够高，预示需要回到水面和恢复呼吸之前，就可能耗尽了氧气，失去意识（称为屏气昏迷或低氧昏迷）。在潜水叉鱼和其他屏气潜水或水下游泳活动中，很多人莫名其妙地被淹死，可能就是这个原因引起的。
你知道吗……
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二氧化碳中毒的症状可能包括
头痛
呼吸困难
恶心
呕吐
脸红
二氧化碳水平过高，可导致黑矇；增加氧中毒引起癫痫的可能性；加重氮气麻醉的程度。潜水后经常头痛或自称耗气率低的潜水者，可能有二氧化碳蓄积。
潜水者上升时二氧化碳水平通常逐渐降低。潜水时出现症状者应逐步回到水面。潜水后经常感到头痛者需要改进其潜水技术。
潜水时的一氧化碳中毒
高血压神经（神经系统）综合征
当人们潜水超过 150 至 180 米，特别是下潜速度较快以及潜水者吸入氦和氧混合气体时，可能会出现一组神经系统综合征，对这种情况知之甚少。症状包括恶心、呕吐、震颤、笨拙、眩晕、疲劳、嗜睡、肌肉抽搐、胃痉挛以及意识不清等。潜水者采取上浮或降低下潜速度的方法，症状可自行缓解。
