Gaz değişimi, ortamdan moleküler oksijen alımı (O2) ve çevreye karbondioksit çıkışı (CO2), hücresel fonksiyon için gereklidir. Solunum sırasında gaz değişimi büyük ölçüde gaz moleküllerinin basınç gradyanları boyunca hareketi yoluyla gerçekleşir. Gaz, daha yüksek kısmi basınç alanlarından daha düşük kısmi basınç alanlarına doğru hareket eder. Memelilerde, kılcal damarlara bitişik olan ve onlarla bir zar paylaşan akciğerlerin alveollerinde gaz değişimi meydana gelir.
Akciğerler genişlediğinde, atmosfere göre basınçta ortaya çıkan azalma akciğerlere oksijen çeker. Çevreden akciğerlere giren hava, kalpten akciğerlere giden oksijenden fakir kandan daha yüksek bir oksijen konsantrasyonuna ve daha düşük bir karbondioksit konsantrasyonuna sahiptir. Böylece, oksijen alveollerden kılcal damarlardaki kana yayılır ve burada dokuya iletilebilir. Karbondioksit, aksine, kılcal damarlardan alveollere yayılır ve burada ekshalasyon yoluyla atılabilir.
Gaz akışı, her gazın basınç gradyanı ile belirlenir ve her gaz gradyanı aşağı doğru hareket eder. Bir gaz karışımında tek bir gaz tarafından uygulanan basınç, o gazın kısmi basıncıdır ve her bir gaz daha yüksek bir basınçtan daha düşük bir kısmi basınca doğru hareket eder. Bu nedenle, O2 ve CO2 hareketi doğrudan ilişkili değildir.
Oksijen, insan vücudu tarafından şeker ve diğer organik molekülleri hücresel solunum işlemi sırasında ATP enerji bileşiğine dönüştürmek için kullanılır. Hücresel solunumun bir yan ürünü, hücrelerden çıkarılması gereken CO2 'dir, aksi takdirde pH'ı değiştirir ve hücrelere zarar verir. Önemli hücresel fonksiyonlar için enerji sağlamak için oksijen gerekli olduğundan ve CO2 'nin birikmesine izin verilmediğinden, insan vücudunun gaz değişimini sağlamak için tüm dokulara ve tüm dokulardan sürekli bir kan akışına ihtiyacı vardır.
Solunum ve dolaşım sistemleri yapısal ve işlevsel olarak alveollerde bulunur. Alveoller ve kılcal damarlar iç içe geçmiş ve fiziksel olarak temas halindedir ve her ikisi de tipik olarak bir hücre kalınlığında olduğundan, ikisi arasında gaz değişimi kolayca gerçekleşir. Akciğerler büyük olmasa da değiş tokuş edilen O2 ve CO2 miktarı çok büyüktür, çünkü yaklaşık 100 m2 yüzey alanına sahip çok fazla alveol (akciğer başına yüz milyonlarca) vardır!
