Wymiana dwutlenku węgla i tlenu odbywa się w pęcherzykach płucnych. Tlen jest wprowadzany do organizmu poprzez proces wdychania, podczas gdy dwutlenek węgla eliminowany jest przez wydech.
Ludzki układ oddechowy działa głównie w celu pozyskiwania niezbędnego tlenu z powietrza zewnętrznego i usuwania dwutlenku węgla z organizmu, który jest produktem przemiany materii w komórkach. Do narządów pierwotnych składających się na układ oddechowy należą: nos, zatoki przynosowe, gardło, krtań, tchawica, drzewo oskrzelowe, opłucna, płuca i pęcherzyki płucne. Podczas wdychania i wydychania tlen i dwutlenek węgla przechodzą szereg dróg oddechowych.
Mechanizm układu oddechowego przebiega okresowo. Kiedy ciało przyjmuje tlen, powietrze dostaje się przez jamę nosową, która nawilża i filtruje powietrze pod kątem obcych i szkodliwych cząstek. Powietrze następnie przemieszcza się do gardła, w dół do krtani i przez tchawicę. Drzewo oskrzelowe pozwala powietrzu wchodzić do lewego lub prawego płuca. Gdy powietrze dociera do płuc, jest przenoszone do niewielkich, podobnych do worka struktur, zwanych pęcherzykami płucnymi, które są pokryte licznymi naczyniami płucnymi. Tlen z atmosfery jest następnie wymieniany na dwutlenek węgla we krwi poprzez pompowanie i opróżnianie pęcherzyków płucnych. Mechanizmy te są regulowane przez prawo LaPlace'a i napięcie powierzchniowe. Nowo natleniona krew przemieszcza się następnie przez układ krążenia, aby transportować tlen do różnych narządów i tkanek. Dwutlenek węgla jest wydalany z organizmu, gdy pęcherzyki są całkowicie wypełnione podczas wydechu.
