Lo scambio gassoso avviene negli alveoli dei polmoni, che sono piccoli sacchi trovati alle estremità dei bronchioli terminali. I gas che vengono scambiati sono ossigeno e anidride carbonica.
I gas possono essere facilmente scambiati a livello degli alveoli perché queste sacche hanno solo una o due celle di spessore e hanno una grande quantità di superficie. I polmoni contengono anche centinaia di milioni di loro. I capillari che scorrono negli alveoli hanno una densità di circa una cellula e le cellule del sangue possono attraversarli solo uno alla volta.
Una delle funzioni del sangue è di immettere ossigeno nelle cellule del corpo. Quando il sangue è esaurito dal suo ossigeno, ritorna attraverso l'arteria polmonare ai capillari alveolari nei polmoni. Una volta negli alveoli, l'anidride carbonica nel sangue viene espulsa dagli alveoli attraverso i bronchi dei polmoni e la trachea viene quindi espulsa dal corpo attraverso l'espirazione.
Allo stesso tempo, l'ossigeno entra negli alveoli e gli alveoli mandano ossigeno ai capillari. I capillari quindi forniscono ossigeno al sangue venoso impoverito. Questo sangue ossigenato viene inviato attraverso i capillari verso il cuore.