En los bebés con insuficiencia respiratoria hipóxica, los vasos sanguíneos en los pulmones están contraídos limitando el flujo de sangre desde el corazón hasta los pulmones ("llamado hipertensión pulmonar”). En consecuencia, cuando la sangre con bajo contenido de oxigeno regresa al corazón, evita pasar por los pulmones a través de las vías fetales y retorna hacia el cuerpo (llamado “shunt extrapulmonar”). Al inhalar óxido nítrico los vasos pulmonares contraídos se relajan y se produce un aumento del flujo sanguíneo desde el corazón a los pulmones, y una disminución en la cantidad de sangre que no pasa por los pulmones.
Muchos bebés con insuficiencia respiratoria hipóxica tienen la enfermedad con pulmones irregulares (patchy) esto quiere decir que hay zonas en el pulmón con un buen flujo de aire (y por lo tanto de oxígeno) y zonas donde hay poco o nada de flujo de aire. En las zonas de buen flujo de aire el intercambio de gases se realiza fácilmente- la sangre toma el oxígeno del aire inhalado y descarga el dióxido de carbono que será espirado. En las zonas donde no hay flujo de aire o este es muy pobre, el intercambio de gases no es óptimo y la sangre pasa a través de los pulmones sin tomar el oxígeno y sin descargar el dióxido de carbono. El óxido nítrico es un gas suministrado a los pulmones causando un aumento local en el flujo de sangre en las áreas del pulmón donde el flujo de aire es el mejor y donde puede ocurrir el mejor intercambio de gases posible.