Der Tiefenrausch tritt beim Tauchen mit Preßluft in größeren Wassertiefen bedingt durch den erhöhten Partialdruck von Stickstoff auf. Die narkotische Wirkung des Stickstoffes (N2) beruht auf der guten Löslichkeit von Stickstoff in den fetthaltigen Bestandteilen der Zellmembran. Das Gehirn, als eines der am Besten durchblutesten Gewebe, lagert sehr schnell Stickstoff ein. Dabei werden wie beim Alkoholrausch die Tätigkeit der Synapsen beeinträchtigt. Nervenimpulse werden nur noch eingeschränkt weitergeleitet.
Der Tiefenrausch wirkt sich von Person zu Person unterschiedlich aus. Teilweise kann er euphorische Wirkung auf den Menschlichen Organismus haben. Es wird immer wieder berichte, dass Personen, die unter der Einwirkung des Tiefenrausches einen Stimmungswandel durchleben, der dem Alkoholrausch nicht unähnlich ist. Der Tiefenrausch kann je nach körperlicher Verfassung des Tauchers bereits ab einem Partialdruck von 3,2 Bar auftreten. Dies entspricht bei Preßluftatmung einer Wassertiefe von ca. 31 m.
Als Taucher kann nicht immer erkannt werden, wann ein Tauchpartner Anzeichen für den Tiefenrausch zeigt. Man sollte auf Orientierungslosigkeit, langsame Reaktionen oder euphorische Handlungen des Tauchpartners achten. Deutliche Anzeichen können falsche Reaktionen auf Absprachen gewertet werden, die vor oder während eines Tauchganges getroffen wurden. Wird von einem Taucher angezeigt, daß man Aufsteigen soll, dieser Taucher aber tiefer geht kann dies die Folge einer Stickstoffvergiftung sein.
Der Tiefenrausch kann von weiteren Faktoren abhängen. So können Streß und Angst während des Tauchganges, Erschöpfung, Alkohol, Drogen, Medikamente und Schlafmangel eine Stickstoffvergiftung begünstigen. Eine Kohlendioxid-Vergiftung (CO2) trägt ebenfalls zur Sesibilisierung des Tauchers bei.