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As trocas gasosas acontecem na membrana respiratória, onde o oxigênio entra no sangue e o gás carbônico sai. Para entender esse processo, é preciso saber o que é pressão parcial: a pressão exercida por um único tipo de gás dentro de uma mistura. Pela lei de Dalton, a pressão total de uma mistura é a soma das pressões parciais de cada gás, e um gás sempre se desloca de onde sua pressão parcial é maior para onde ela é menor. O ar atmosférico tem cerca de 78,6% de nitrogênio e 20,9% de oxigênio, somando 760 mm Hg no total; já o ar dentro dos alvéolos é diferente, com mais vapor d'água e gás carbônico e menos oxigênio. Pela lei de Henry, quanto maior a pressão parcial e a solubilidade de um gás, mais ele se dissolve no líquido. Na respiração externa (nos pulmões), o oxigênio passa dos alvéolos (cerca de 104 mm Hg) para o sangue (cerca de 40 mm Hg), e o gás carbônico segue o caminho inverso. O gás carbônico tem gradiente de pressão menor, mas como é cerca de 20 vezes mais solúvel que o oxigênio, ambos acabam difundindo em quantidades parecidas. Na respiração interna (nos tecidos), o oxigênio sai do sangue para as células e o gás carbônico vai das células para o sangue. Por fim, ventilação (entrada de ar) e perfusão (fluxo de sangue) precisam estar equilibradas, e quando um alvéolo é mal ventilado o corpo desvia o sangue para alvéolos bem ventilados, contraindo as arteríolas pulmonares.