El intercambio de estos gases tiene lugar cuando el aire llega a los alvéolos pulmonares. Estos sacos pequeños están rodeados por capilares sanguíneos. El aire se difunde a través de estas células para llegar al interior de los capilares sanguíneos, los cuales transportan el aire rico en oxígeno hasta el corazón para que sea distribuido por todo el cuerpo. Al mismo tiempo, en los alvéolos el dióxido de carbono gaseoso se difunde desde la sangre hacia el pulmón y es espirado.

El aire penetra en los pulmones cuando el diafragma, un músculo fuerte situado bajo los pulmones, se contrae, por lo que se aplana y agranda la cavidad torácica en la que están suspendidos los pulmones. Esto hace que los pulmones se expandan y queden llenos de aire (inspiración). Cuando el diafragma se relaja, los pulmones se contraen y el aire es expelido (espiración).

Un adulto sano inspira entre 3,3 y 4,9 litros de aire en una sola inhalación, pero en reposo solo se utiliza el 5% de este volumen de aire. Los pulmones también excretan agua en estado gaseoso; almacenan glucógeno, que es un hidrato de carbono complejo y filtran hacia el exterior organismos y partículas peligrosas utilizando unos pelos llamados cilios.

El oxígeno es transportado por las arterias y venas hasta los tejidos; en las células que forman estos las sustancias nutritivas orgánicas son “quemadas” en un proceso de combustión y se libera energía calórica, agua y dióxido de carbono; este es absorbido por los glóbulos rojos, que vuelven al corazón y de ahí los pulmones.

La energía calórica producida es utilizada por el cuerpo para realizar sus diferentes funciones.

Relación entre aparato respiratorio y circulatorio
La sangre procedente de todo el organismo llega a la aurícula derecha con dióxido de carbono, pasa la ventrículo del mismo lado y la arteria pulmonar la lleva a los pulmones. En su recorrido a través de los pulmones, la sangre libera el dióxido de carbono y se oxigena, es decir, se satura de oxígeno. Después regresa al corazón por medio de las cuatro venas pulmonares que desembocan en la aurícula izquierda. Al intercambio de dióxido de carbono con oxígeno producido en los alvéolos pulmonares se llama hematosis.