火灾发生时，燃烧会迅速消耗空气中的氧气，导致火场氧气含量从正常的21%急剧降至15%以下。当氧气浓度低于12%时，人体会出现呼吸困难、判断力下降等症状；低于6%时，数分钟内即可导致呼吸停止。与此同时，可燃物燃烧产生的有毒烟气成分复杂，包含一氧化碳、氰化氢、氯化氢等致命物质。其中一氧化碳与血红蛋白的结合能力是氧气的200-300倍，会迅速引发机体缺氧，造成中枢神经系统损伤。
有毒烟气的扩散速度可达每秒0.5-1米，远快于火焰蔓延速度。在封闭空间内，浓烟会在30秒内充满整个房间，高温烟气通常超过600℃还会对呼吸道造成化学性灼伤和物理性损伤。研究表明，人在吸入一氧化碳浓度达到1000ppm的空气时，只需2-3分钟便会失去意识；而聚氨酯泡沫燃烧产生的氰化氢气体，在浓度达到200ppm时，数秒内即可致命。
火灾现场的能见度会因烟雾迅速降低至0.5米以下，这极大阻碍了人员逃生路线的判断。当受害者被浓烟包围时，即便距离安全出口仅数米，也可能因吸入过量有毒气体而丧失行动能力。消防实验显示，在未采取防护措施的情况下，成年人在充满烟气的房间内的有效逃生时间通常不超过3分钟。
这些数据和现象共同揭示：火灾中的致命威胁主要来自形的烟雾而非可见的火焰。有毒气体与缺氧环境的双重作用，使得火灾中的人员伤亡往往发生在火势失控之前。