呼吸系统的主要功能是吸入氧气和排出二氧化碳。吸入的氧气进入肺组织到达肺泡。构成肺泡和毛细血管的细胞都是单层细胞，且相互之间结合紧密。空气与血液间形成的屏障平均厚度大约 1 微米（1 厘米的 1/10 000或 0.000039 英寸）。氧气能快速通过这层血气屏障进入血液中。同样，二氧化碳用过这层屏障由血液进入肺泡，然后呼出体外。
含氧血从肺部通过肺静脉进入心脏左侧，左心室将血液泵送到身体的其他部位（参见心脏功能）。乏氧而富含二氧化碳的血液通过上下腔静脉两条大静脉回到右心。然后血液通过肺动脉泵至肺部，在此吸收氧气并释放二氧化碳。
为了支持氧气吸入和二氧化碳的释放，即使人在休息时，肺部平均每分钟吸入和排出约 5~8 升空气，每分钟大约有十分之三升氧气从肺泡运输到血液。与此同时，大约有相同体积的二氧化碳由血进入肺泡，然后排出体外。在运动时，每分钟则可吸入及呼出多达 100 升（大约 26 加仑）的空气，每分钟提取 3 升（略少于 1 加仑）氧气入血。氧气为机体利用消耗的速度是衡量机体耗能总量的有效指标之一。吸气和呼气是由呼吸肌完成的。
肺泡和毛细血管的气体交换
呼吸系统的功能是运输氧气和二氧化碳两种气体。气体交换发生在肺部数以百万计的肺泡和包围它们的毛细血管中。如下所示，吸入的氧气从肺泡进入毛细血管的血液中，二氧化碳从毛细血管的血液中移出至肺泡。 |
氧气自外界进入流经肺部的血液有三个基本的步骤：通气、弥散和灌注。
肺通气是指气体吸入或呼出肺组织的过程。
弥散是指气体在肺泡和肺部毛细血管之间的自发移动，而无需使用任何能量或机体努力。
灌注是指心血管系统将血液泵入肺部的作用。
体循环为含有氧气的空气与消耗氧气的组织细胞之间提供了必要的连接。例如，氧气运输到全身的肌细胞不仅依赖肺组织的作用，还需要血液的氧气携带能力和循环的运输能力。另外，从心脏泵出的一小部分血液会进入支气管动脉并滋养气道。
心肺连接部位
