羰基镍蒸气可迅速通过呼吸道吸入皮肤亦有少量吸收。进入体内后，约1／3以原形在6小时内由肺呼出其余部分在细胞内逐渐分解为镍离子（Ni0 Ni2+）和一氧化碳。Ni2+与细胞内核酸、蛋白质结合并逐步转移到血浆中，随尿排出。

羰基镍分子抑制肺毛细血管内皮细胞中含巯基的酶引起毛细血管壁通透性增加，造成肺间质水肿和肺泡内渗出。羰基镍影响RNA聚合酶干扰RNA合成。急性羰基镍中毒尚可见肝小叶中央区淤血、坏死；大脑皮层血管扩张出血，尤以白质部份为明显。

急性羰基镍中毒的早期症状易与上呼吸道感染混淆易发生误诊，延误治疗。慢性中毒无特异症状明确诊断要结合现场调查和临床资料综合分析后才能作出。尿镍测定对估计急性羰基镍中毒程度有一定帮助，轻度中毒尿镍不超过0．325 mol/L（25 g/L）中度中毒0．325～8．5 mol/L（25～500 g/L），严重中毒超过8．5 mol/L（500 g／L）。

急性羰基镍中毒的早期症状有头晕、头痛、干咳胸闷、恶心、呕吐步态不稳。脱离接触后，上述症状迅速好转经过6～36小时的潜伏期，出现晚发症状，有剧咳咯粉红色泡沫痰、气急、烦躁不安等肺水肿征象患者尚可发生惊厥及昏迷，并可伴有发热。检查患者有紫绀心界可扩大，心律失常，心音呈奔马律二肺满布湿罗音，以及肝肿大。

慢性羰基镍中毒系长期吸入低浓度羰基镍引起症状有头晕、头痛、乏力多梦、失眠、记忆力减退和咳嗽胸闷等非特异性表现。

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