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(guān)交換膜，即：肺泡內(nèi)表面層的液膜，其中含肺泡表面活性物質(zhì)；肺泡上皮細(xì)胞膜；肺毛細(xì)血管內(nèi)皮的基膜和肺毛細(xì)血管上皮等結(jié)構(gòu)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(xì)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(xì)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(xì)胞膜和肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜，都不會(huì)受阻，而氧與二氧化碳需通過細(xì)胞間液和血漿時(shí)，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(guān)。
氣體在肺的交換 氣體在肺的交換可用肺的彌散量DL為指標(biāo)，即單位時(shí)間內(nèi)（分鐘）所攝取氣體容積（V）與氣體在肺泡膜兩側(cè)分壓差（P1-P2）的比值：
在靜息條件下，血流通過肺毛細(xì)血管時(shí)間約0.75秒。在肺毛細(xì)血管起始端，肺泡氣與靜脈血之間氧分壓差很大，所以擴(kuò)散速度很快；二氧化碳分壓差雖較小，但擴(kuò)散速度卻比氧還快。約經(jīng)0.3秒，血液中氧和二氧化碳分壓即可與肺泡氣達(dá)到平衡，靜脈血變成動(dòng)脈血。氧的彌散量一般用間接方法測量，健康成人靜息時(shí)，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(xì)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(huán)中毛細(xì)血管與組織細(xì)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(dòng)和細(xì)胞內(nèi)氧化代謝程度而不同。如當(dāng)骨骼肌處于靜息狀態(tài)時(shí)，耗氧量少，產(chǎn)生二氧化碳也少，動(dòng)脈血中氧分壓與肌肉組織中氧分壓差較小。靜息時(shí)毛細(xì)血管多數(shù)處于閉合狀態(tài)，毛細(xì)血管與細(xì)胞之間的距離較大，血流量也較少，由此毛細(xì)血管向組織彌散的氧量將減少。反之，當(dāng)肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)，組織耗氧量增加，產(chǎn)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(xì)血管動(dòng)脈端彌散入組織，也有利于二氧化碳從組織向毛細(xì)血管彌散，使動(dòng)脈血變成靜脈血。