ในการหายใจตามปกติ ความลึกและความถี่ในการหายใจขึ้นอยู่กับระบบประสาทโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาระดับคาร์บอนไดออกไซด์ให้อยู่ในระดับปกติและเพื่อการขนส่งออกซิเจนเข้าสู่เนื้อเยื่อของร่างกายอย่างเหมาะสม กลไกปกตินี้เกิดจากการวัดระดับความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสเลือด โดยปกติระดับความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงจะบอกถึงระดับออกซิเจนที่ต่ำเพราะมนุษย์หายใจเอาออกซิเจนเข้าและหายใจออกเพื่อคายคาร์บอนไดออกไซด์ในเวลาเดียวกัน และร่างกายใช้ออกซิเจนเพื่อการเผาผลาญโมเลกุล เกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลพลอยได้ออกมา

ถ้าคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดเข้มข้นมาก ร่างกายจะเข้าใจว่าระดับออกซิเจนในร่างกายต่ำ และส่งผลให้หลอดเลือดในสมองขยายตัวเพื่อให้เลือดและออกซิเจนถูกลำเลียงมาเลี้ยงสมองอย่างเพียงพอ ในทางกลับกัน หากระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำ (เช่นจากการหายใจเร็วกว่าปกติ) หลอดเลือดในสมองจะหดตัวเพื่อลดระดับการขนส่งโลหิตและออกซิเจนเข้าสู่สมอง จึงให้เกิดอาการวิงเวียนได้

แก๊สในถุงลมของปอดนั้นเกือบจะสมดุลกับแก๊สในกระแสเลือด ในการหายใจแต่ละครั้งโดยปกติแก๊สในถุงลมปริมาณน้อยกว่าร้อยละ 10 ของปริมาตรถุงลมเท่านั้นที่จะถูกแลกเปลี่ยน[ต้องการอ้างอิง] การหายใจที่ลึกหรือถี่กว่าปกติ ดังปรากฏในภาวะหายใจเร็วกว่าปกตินี้ จะทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนแก๊สในถุงลมกับอากาศภายนอกมากขึ้น และทำให้เกิดการขับคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิออกจากร่างกายมากขึ้นเนื่องจากระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศปกตินั้นค่อนข้างต่ำอยู่แล้ว

ผลจากระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำทำให้เกิดภาวะที่เรียกว่า ภาวะเลือดมีคาร์บอนไดออกไซด์น้อย (hypocapnia) เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสเลือดนั้นถูกขนถ่ายในรูปของกรดคาร์บอนิก ซึ่งภาวะเลือดมีคาร์บอนไดออกไซด์น้อยดังกล่าวทำให้เลือดกลายเป็นเบส (alkaline) กล่าวคือค่า pH ในกระแสเลือดสูงขึ้น เรียกภาวะนี้ว่าภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ (respiratory alkalosis)

ภาวะที่เลือดกลายเป็นด่างทำให้หลอดเลือดหดตัว (vasoconstriction) ซึ่งตามทฤษฎีแล้วจะทำให้ใยกล้ามเนื้อมีความไวต่อแคลเซียมเพิ่มขึ้นในภาวะที่มี pH สูง

การที่ค่า pH ในกระแสเลือดสูงจากการหายใจเร็วกว่าปกติทำให้โปรตีนในน้ำเลือดมีความเป็นเบสมากขึ้นจึงจับกับแคลเซียมได้แน่นมากขึ้น แล้วปล่อยไอออนแคลเซียมอิสระออกมาลดลง จึงทำให้ระดับแคลเซียมในเลือดลดลง (hypocalcemia) ซึ่งส่งผลต่อเส้นประสาทและกล้ามเนื้อทำให้มีการหดตัวของหลอดเลือดและก่อให้เกิดอาการชาที่ผิวหนังตามมา

โดยสรุปจึงมีสองกลไกหลักที่ก่อให้เกิดการหดตัวของหลอดเลือดเลี้ยงสมองและทำให้เกิดอาการวิงเวียน ชา และเป็นลมที่มักพบในหายใจเร็วกว่าปกติ กลไกแรกคือจากการลดลงของคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสเลือด (hypocapnia) ทำให้ค่า pH ในกระแสเลือดเพิ่มขึ้น (ภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ) และทำให้หลอดเลือดหดตัว อีกกลไกคือการเป็นเบสของเลือด (alkalosis) ส่งผลให้ไอออนแคลเซียมอิสระในกระแสเลือดลดลง และทำให้เกิดความไม่เสถียรของเยื่อหุ้มเซลล์ และมีการหดตัวของหลอดเลือดและอาการชาตามมา

ถึงแม้ว่านี่จะดูเหนือสามัญสำนึกแต่การหายใจมากเกินไปส่งผลให้เกิดการลดลงของระดับออกซิเจนที่ไปเลี้ยงศีรษะ ซึ่งบางครั้งแพทย์ใช้ประโยชน์โดยการชักนำให้ผู้ป่วยที่มีการบาดเจ็บที่ศีรษะหายใจเร็วกว่าปกติเพื่อลดความดันในกะโหลกศีรษะ แต่การรักษาวิธีนี้ก็ยังมีความเสี่ยงอยู่มาก[2]