气体交换，从环境中吸收分子氧（O _{2 ）和二氧化碳（CO 2 ）流入环境，是细胞功能所必需的。呼吸期间的气体交换主要通过气体分子沿压力梯度的运动而发生。气体从较高分压区域行进到较低分压区域。在哺乳动物中，气体交换发生在肺泡，其与毛细血管相邻并与它们共用膜。}

当肺膨胀时，相对于大气压力的降低会将氧气吸入肺中。从环境进入肺部的空气比从心脏流向肺部的耗氧血液具有更高的氧浓度和更低的二氧化碳浓度。因此，氧气从肺泡扩散到毛细血管中的血液，在那里氧气可以被输送到组织中。相反，二氧化碳从毛细血管扩散到肺泡，在那里可以通过呼气排出。

分压

气体的流动是由每种气体的压力梯度决定的，每种气体都沿其梯度向下移动。气体混合物中单个气体所施加的压力是它的分压，每种气体都从较高的分压移动到较低的分压。因此，O2 和 CO2的运动没有直接关系。

大局

在细胞呼吸过程中，氧气被人体用来将糖和其它有机分子转化为能量化合物ATP。细胞呼吸的副产物是CO2，需要从细胞中去除，否则会改变pH值，损害细胞。因为氧气是为重要的细胞功能提供能量所必需的，并且不能让CO2积聚起来，所以人体需要不断的血液进出所有组织，以实现气体交换。

肺泡

呼吸和循环系统在结构和功能上在肺泡处汇合。肺泡和毛细血管交织在一起，相互接触，由于两者都是典型的单细胞厚，气体交换很容易发生在两者之间。即使肺不是很大，但交换的O2和CO2量也是很大的，因为每个肺有这么多肺泡，每个肺泡的表面积约为100 m2!