肺泡和血液之間，血液和組織之間氧和二氧化碳的交換。為氣體分子順其分壓差趨向平衡的方向。需透過有關交換膜，即：肺泡內表面層的液膜，其中含肺泡表面活性物質；肺泡上皮細胞膜；肺毛細血管內皮的基膜和肺毛細血管上皮等結構的彌散過程。例如肺泡氣的氧分壓較混合靜脈血高，氧必然從肺泡向毛細血管彌散，而混合靜脈血的二氧化碳分壓高，則二氧化碳必然由肺毛細血管向肺泡彌散。氧、二氧化碳易溶于脂肪，這些氣體彌散透過肺泡上皮細胞膜和肺毛細血管內皮細胞膜，都不會受阻，而氧與二氧化碳需通過細胞間液和血漿時，由于呼吸氣體在水中溶解度不同，彌散速率亦不同。氣體交換速率與氣體彌散速率、彌散面積與距離、及呼吸膜兩邊分壓差等因素有關。

　　氣體在肺的交換 氣體在肺的交換可用肺的彌散量D_L為指標，即單位時間內（分鐘）所攝取氣體容積（V）與氣體在肺泡膜兩側分壓差（P₁-P₂）的比值：

　　在靜息條件下，血流通過肺毛細血管時間約0.75秒。在肺毛細血管起始端，肺泡氣與靜脈血之間氧分壓差很大，所以擴散速度很快；二氧化碳分壓差雖較小，但擴散速度卻比氧還快。約經0.3秒，血液中氧和二氧化碳分壓即可與肺泡氣達到平衡，靜脈血變成動脈血。氧的彌散量一般用間接方法測量，健康成人靜息時，氧的肺彌散量平均約為33毫升/分鐘·毫米汞柱，肺泡氣—肺毛細血管血液平均氧分壓差約為7.6毫米汞柱（1毫米汞柱=0.133千帕）。

　　氣體在組織的交換 體循環中毛細血管與組織細胞間的氣體交換，與氣體在肺交換相似，但氣體在組織交換都是通過液體，而彌散膜兩邊氣體分壓差，隨組織活動和細胞內氧化代謝程度而不同。如當骨骼肌處于靜息狀態時，耗氧量少，產生二氧化碳也少，動脈血中氧分壓與肌肉組織中氧分壓差較小。靜息時毛細血管多數處于閉合狀態，毛細血管與細胞之間的距離較大，血流量也較少，由此毛細血管向組織彌散的氧量將減少。反之，當肌肉運動時，組織耗氧量增加，產二氧化碳也增加，組織中氧分壓減小而二氧化碳分壓高，有利于氧從毛細血管動脈端彌散入組織，也有利于二氧化碳從組織向毛細血管彌散，使動脈血變成靜脈血。