Le système respiratoire est divisé en voies respiratoires supérieure et inférieure. Les voies respiratoires supérieures comprennent le nez, la cavité nasale, les sinus, le pharynx et le larynx. Les voies respiratoires inférieures comprennent la trachée, les bronches, les bronchioles et les poumons. Chaque poumon est constitué de lobes (trois lobes pour le poumon droit et deux pour le gauche) et abrite à son extrémité des millions d'alvéoles où se produisent les échanges gazeux.

Le fonctionnement du système respiratoire repose sur la ventilation, la perfusion et la diffusion. La ventilation correspond au mouvement de l'air dans les poumons. Elle est contrôlée par le diaphragme et les muscles intercostaux qui modifient le volume de la cage thoracique, entraînant les mouvements respiratoires d'inspiration et d'expiration. La perfusion est assurée par la circulation sanguine qui amène le sang appauvri en oxygène jusqu'aux poumons. La diffusion est le phénomène par lequel l'oxygène diffuse des alvéoles dans le sang et le dioxyde de carbone dans la direction opposée pour être expiré.

Les échanges gazeux se produisent au niveau des alvéoles pulmonaires. Au cours de l'hématose, l'oxygène de l'air alvéolaire diffuse à travers la paroi des capillaires sanguins pour oxygéner le sang veineux, lequel devient ainsi du sang artériel prêt à être distribué aux tissus de l'organisme. Le dioxyde de carbone, déchet du métabolisme cellulaire, suit le chemin inverse et est éliminé lors de la ventilation.

La régulation de la respiration est un processus essentiel contrôlé par le système nerveux. Le centre respiratoire, situé dans la moelle allongée du cerveau, ajuste le rythme respiratoire en réponse aux variations de la concentration en dioxyde de carbone, en oxygène et au pH du sang. Des récepteurs situés dans les carotides et l'aorte participent également à la régulation en mesurant en permanence la teneur en gaz du sang et en envoyant ces informations au cerveau.