大腦缺氧4-6分鐘之後，腦細胞開始受到不可逆的損傷，功能受到影響，引起全腦功能損傷，這個過程幾乎是不可逆的，也可以稱為瀰漫性損害。而任何藥物對腦細胞凋亡的影響恢復都是作用甚微的，只有及時糾正缺血、缺氧才能夠糾正根本的腦死亡狀態。腦缺血、缺氧以及昏迷、腦幹反射消失、自主呼吸消失，都是腦死亡的表現。如果無法得到有效的解救，腦細胞缺氧4-6分鐘之後即可開始出現凋亡，繼續發展就會出現腦死亡。

腦死亡是包括腦幹在內的全腦功能喪失的一種不可逆的過程，腦死亡有別於植物狀態。植物狀態時腦幹的功能存在，昏迷只是由於大腦皮層的功能受到突然損害，或者全面抑制，患者可以有自主呼吸、心跳和腦幹反射。腦死亡患者一定沒有自主呼吸，而且是不可逆的。所有引起全面的大腦缺血、缺氧改變的原因都可以引起腦死亡，比如大面積腦梗死、腦出血、顱腦外傷、溺水、呼吸心跳驟停等。