血中酸素が低下してきた患者が、必ず光の点やトンネルを見るという事実はない。酸欠状態にある患者はひどい興奮状態にあり、錯乱していることが多く、臨死体験の意識状態とは対極である。低酸素状態では人間の意識能力は低下するため、臨死体験時に「明晰な意識」がある事や「鮮明なビジョン」を見る事を説明できない。実際に酸欠時の人間の意識を調査した実験があるが、いずれにおいても人間の知覚や思考能力などは格段に低下している。こうした批判に対して、スーザン・ブラックモアは、酸欠にも様々な分類があるため、酸素が中くらいの速度で減っていく場合にのみ臨死体験が起こるのではないかと反論している。しかし、こうした酸欠説の問題点は、臨死体験は酸欠でない状況でも起こるという事である。重症ではない病気や、日常で起こる臨死体験の場合、酸素濃度は正常だと考えられる。臨死体験は、酸欠により昏睡に陥る前の意識がはっきりした患者からも報告される。また、酸素欠乏でない状態の方が臨死体験が起こりやすいことを示唆した研究がある。後頭葉が酸素不足になった時に見える光の点は、「スポットライトが少しずつ弱まり最後には消える」といった類のもので、最終的には暗闇に至るものである。酸欠で起こるトンネルも同様であり、あるパイロットは、高高度を飛行した際に無酸素症に陥ったが、酸欠によるトンネルと臨死体験のトンネル体験には共通点が何もなかった、と証言している。
死に瀕した人の脳に供給される酸素の濃度が低下すると、低酸素に陥った脳の働きにより幻覚が生まれるという説がある。また、視覚野のニューロンが活性化し、幻覚や光の点、トンネルが見えるのではないかと推測する研究者もいる。
エンドルフィンの効果はゆっくり薄れていくため、多くの臨死体験者が「体外離脱中はまったく痛みを感じず身体に戻った瞬間に痛みが復活する」と報告している点を、エンドルフィン説では説明できないという問題がある。エンドルフィンの無痛状態は最大で数十時間続くが、臨死体験では無痛状態が数分で終わる。エンドルフィンでは注射針を刺された腕の感覚などの微細な感覚を患者は知覚できるが、臨死体験においてはそうした感覚すら残らない。また、注射により人工的にエンドルフィンを注入すると患者の意識は曖昧になり、臨死体験時の意識のように覚醒することはない。けいれん大発作を起こす患者のエンドルフィン値は非常に高く、しばしば発作後もそれを保っていることが明らかになっているが、患者は幸福感どころか疲労感しか報告しない。心地良さを伴わない「ネガティブな臨死体験」ではエンドルフィンはそもそも関与していないとも考えられる。
臨死体験は、鎮痛作用と快感作用をもつ脳内麻薬物質であるエンドルフィンの分泌により起こる、という解釈がある。立花隆は臨死体験の数ある要素のうち「幸福感」や「恍惚感」についてのみエンドルフィンが関わるのではないか、と推測している。低酸素症患者を対象にした実験では、血中の酸素濃度が下がるほど、エンドルフィン値が上がる事が明らかになっている。この事は死の間際にエンドルフィン値が上がる事を示唆している。
代表的な科学的仮説として「脳に生理学的・化学的な変化が起きて、これが誘発する幻覚が臨死体験になる」という「脳内現象説」がある。この説に対して、臨死体験の全体を説明するまでには至っていないという批判もある（→#脳内現象説への批判）。臨死体験では主観的で幻覚的なビジョンも現れる。また、欧米やアジアではその体験内容に差も見られるため、それらは客観的な体験とは呼べず、脳内の化学反応が生み出した幻想であるとする見方がある。レイモンド・ムーディが収集したエルヴィス・プレスリーが現れた体験例は、幻想の証拠として有名になった。また、子供の臨死体験には、まだ生きている者が登場する頻度が高いことを明らかにした研究もある。臨死体験で起きる人生回顧現象については臨死時に限らず、交通事故や高所からの転落中など、危機的な状況にもよく起きる現象である。これは生命の危機を感じた脳が生存に役立つ情報を検索しているという説が唱えられている。臨死体験者の人格に長期的な変化が現れる現象は、体験者の脳に組成的な変化が起こったためだと推測出来る。以下の解釈は大別すれば脳内現象説に属するものである。
臨死体験は多様性のある現象であり、様々な解釈や仮説が可能となっている。サム・パーニアは著書『科学は臨死体験をどこまで説明できるか』で、臨死体験の解釈を「脳内現象説」「心理的逃避説」「スピリチュアル説」の3つに区分している。しかし、これはあくまで大別であり、厳密には「脳内現象説」は「科学的仮説」の一部にすぎない。
天監年間（502年～518年）に、父王神念に従って北魏から梁へ亡命。湘東王・蕭繹に仕え国左常侍、竟陵郡太守となる。太清2年（548年）、侯景の乱が起き、梁朝は大混乱となるが、王僧弁は蕭繹に仕え、大宝元年（550年）河東王・蕭誉を討伐した功により、左衛将軍ついで領軍将軍となる。翌年さらに大都督に進み、江州で陳霸先と同盟し、巴陵の地で侯景を破る。大宝3年（552年）には侯景軍の支配下にあった首都建康を奪還するが、軍兵らの大規模な略奪により名声を失う。侯景は逃亡の途中、殺された。侯景の乱鎮圧および建康陥落の功が認められ、永寧郡公ついで鎮衛将軍・尚書令となり、江陵にとどまっていた蕭繹を皇帝として擁立する（元帝）。さらに西征を行い、湘州の陸納や、皇帝を私称した益州の武陵王・蕭紀（元帝の弟）を討伐。また、北朝（北斉）の軍も撃退し、太尉・車騎大将軍となる。かつて王僧弁に敗れた蕭誉の弟・蕭詧は北朝・西魏へ亡命し、保護されていたが、この蕭詧こそ梁の正統であるという名分のもと、554年西魏は江陵を攻め、元帝を殺害した。西魏の傀儡である蕭詧は即位（後梁の宣帝）するが、建康側はこれを認めず、王僧弁は陳霸先らとともに晋安王・蕭方智（敬帝）を擁立し、太宰となった。いっぽう、西魏と対立する北斉は、侯景の乱の頃（当時は北斉ではなく東魏）に捕らえていた元帝の従兄弟・蕭淵明（閔帝）を梁に送還し、皇帝とするよう迫った。江陵奪回のため、北斉との連携が不可避と考えた王僧弁は、淮南割譲および蕭方智の立太子を条件として、これに応じたが、あくまで蕭方智を皇帝に推す陳霸先と対立。紹泰元年（555年）、陳霸先に攻められ、建康で敗死した。ライバルを倒した陳霸先は2年後、敬帝から禅譲を受け陳の武帝となったが、王僧弁の残党は各地で反抗し、結局陳は弱体化を免れ得ず、南朝最後の王朝となる。