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生命体不断地从外界环境的空气中吸入氧气和从体内排出二氧化碳，这一气体交换过程称为呼吸。呼吸系统是由呼吸道和肺两大部分组成。呼吸道包括有鼻、咽、喉、气管和支气管，它是气体的通道，此外鼻还是嗅觉器官、喉还是发音的器官。肺呈现圆锥形，在胸腔中，有左肺和右肺。肺的细微结构是肺泡，肺泡壁的肺毛细血管间是肺气体交换的部位。在肺表面和胸腔内复盖着一层腹叫胸膜，两者间围成密闭的缝隙叫胸膜腔，腔内有少许液体，形成胸膜腔内是负压（胸膜腔内压比外界大气稍低）。
肺本身不能运，其活动要依靠呼吸肌的收缩和舒张。平静吸气时，吸气肌收缩，使肋骨和胸骨向上向外移动，胸腔前后径和横径增大；膈肌收缩，横膈下降，胸腔上下径也增加。这样就使整个胸腔容积扩大。由于胸膜脏层与壁层间存在少量浆液，它使两层胸膜紧密粘着在一起，当胸腔扩大时，肺也随之扩大。肺扩大时，肺内压下降到低于大气压，空气就吸进肺内。平静呼气时，吸气肌松驰，胸廓因本身弹性和重力关系恢复至原来的位置，膈肌也松驰而上升，胸腔容积缩小，肺也缩小，此时肺内压升高超过大气压，肺内空气就被排出体外。当呼吸增强时，参加活动的吸气肌更多，而且呼气肌也参与活动。
在深吸气后作最大的深呼气所能呼出的气量，称为肺活量。肺活量随年龄、性别和健康情况而不同，青壮年比老年大，男性比女性大，运动员比一般人大。肺部疾病如重度肺结核、肺气肿、矽肺等都可使肺活量减低。定期检查肺活量，可以观察肺组织病变的发展情况。
在延脑、桥脑及大脑皮质等处存在着控制呼吸的神经细胞群，称为呼吸中枢，通过它的活动，可使呼气和吸气有节律地交替进行，并可改变呼吸的频率和幅度。当体内缺氧或二氧化碳增高时（如窒息时），可引起呼吸中枢兴奋，使呼吸增强，从而排出过多的二氧化碳，吸取较多的氧气。
通过呼吸运动吸入肺泡的气体，要与肺泡周围毛细血管血液中的气体进行气体交换，这种气体交换称为肺换气。呼吸时，吸入的新鲜空气含氧多，含二氧化碳少，而肺泡周围毛细管中的血液，则是从全身各组织细胞流回来的，因此含氧少，而含二氧化碳多，称为静脉血，它与肺泡进行气体交换后，摄取了氧气，放出二氧化碳，成为含氧多，而含二氧化碳少的血液，称为动脉血，然后流回心脏。经气体交换后的肺泡气，则通过呼气，将它排出体外。
由肺泡流回心脏的血液，经动脉运至全身各组织细胞，与组织细胞进行气体交换。血液与组织细胞之间的气体交换，称为组织换气。由于组织细胞不断进行新陈代谢，要消耗氧气，产生二氧化碳，因此，在组织细胞处含氧量少，而含二氧化碳量多，于是血液放出氧气，供组织细胞利用，组织细胞则将二氧化碳排入血液之中，经过这样的交换后，血液含氧量减少，而含二氧化碳量增加，成为静脉血，流回心脏，然后再流至肺，进行气体交换。
氧气从肺运到组织细胞，或二氧化碳从组织细胞运到肺，都是靠血液来运输的。氧进入血液后，只有极小部分直接溶解在血液中，而98％是同红细胞的血红蛋白结合成氧合血红蛋白。在煤气中毒时，血红蛋白被一氧化碳结合占据，氧的运输就发生障碍，此时人体将出现缺氧，并可危及生命。二氧化碳的运输较氧复杂得多，它大部分经红细胞生成重碳酸盐，小部分和血红蛋白结合成氨基甲酸血红蛋白，另外一小部分则直接溶解在血浆中。