Al bajar el diafragma para expandir el volumen de la cavidad torácica, podemos inhalar el aire. Por la ley de gas ideal, se sabe que un volumen expandido baja la presión, y permite que el aire fluya a los pulmones a través de los conductos bronquiales. La exhalación se puede lograr simplemente, relajando el pecho y permitiendo el retroceso elástico de los alvéolos, que fuerza la salida del aire fuera de los pulmones. Este retroceso elástico está relacionado con la tensión de pared de los alvéolos, y se comporta de acuerdo con la ley de Laplace.

El diagrama de arriba, proviene de la perspectiva de Thibadeau y Patton. Después de la inspiración, la presión en los alvéolos es del orden de 2-3 mm de Hg por debajo de la presión atmosférica de 760 mm de Hg. La relajación del diafragma más el retroceso elástico de los alvéolos, proporcionan una presión de unos 3 mm de Hg por encima de la presión atmosférica y logra la expiración. A la derecha hay un dibujo de un modelo de pulmón utilizado para demostrar la naturaleza del proceso de la respiración. Una membrana de goma simula la acción del diafragma.

El intercambio de gases en los pulmones, tiene lugar en los diminutos sacos de aire llamados alvéolos. El proceso de inhalación debe inflar los alvéolos, pero sólo puede hacerlo debido a la presencia de un fluido surfactante que recubre los alvéolos y disminuye la tensión superficial de sus paredes.

Casi todo el oxígeno (más del 98%) se lleva en la sangre por la unión a la hemoglobina, una proteína en las células rojas de la sangre. Según se disuelve el oxígeno en la sangre, se combina rápidamente con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Cada molécula de hemoglobina puede unirse hasta con cuatro moléculas de oxígeno