Táto posledná časť nás privádza k účinkom hyperventilácie na mentálne funkcie. Pozostávajú z prejavov, ako sú: narušené zmýšľanie, zhoršená koncentrácia, slabá pamäť a halucinácie. Počas extrémnej hyperventilácie môže byť stupeň mozgovej hypoxie (nedostatku kyslíka) postačujúci na to, aby spôsobil stratu vedomia.
Moderné štúdie ukazujú, že prietok krvi do čelnej, okcipitálnej a parieto-okcipitálnej mozgovej kôry (časť mozgu, ktorá je zodpovedná za spracovávanie obrazov), ako aj do hippocampu (ktorý je zodpovedný za pamäť), je v porovnaní s inými oblasťami mozgu znížený v priebehu niekoľkých sekúnd až minút od začiatku hyperventilácie (Naganawa 2002, Posse 1997).
Tieto zmeny prietoku krvi odrážajú zníženú aktivitu v týchto oblastiach mozgu zaznamenanej na elektorencefalografe. Čelné laloky mozgu sú potrebné pre kognitívne funkcie, ako je pamäť, vnímanie času, pozornosť, vedomie a vnímanie seba (Dietrich 2003). Kognitívne zmeny vyvolané hyperventiláciou, ako je narušené vnímanie, zhoršená koncentrácia a slabá pamäť, sa dajú ľahko vysvetliť zníženou funkciou mozgovej kôry v prednej časti mozgu. Znížená funkcia v týchto oblastiach mozgu určite vysvetľuje ďalšie prejavy vyskytujúce sa počas hyperventilácie, ako sú zrakové halucinácie alebo pocity depersonalizácie a nereálnosti. Všetky tieto veci znamenajú, že hyperventilácia môže dočasne vyvolať zásadné zmeny vo funkcii mozgu a z toho vyplývajúcej mentálnej funkcie. Tieto efekty sú dokonca základom konkrétnej formy psychoterapie, počas ktorej pacienti vykonávajú predĺženú hyperventiláciu – terapiu nazývanú „holotropné dýchanie“ (Rhinwine 2007).