Lors de l'inspiration, l'air ambiant pénètre dans les poumons, et le dioxygène (O₂, gaz qui compose 21 % de l'air) passe dans le sang et se fixe aux globules rouges. Le gaz carbonique (CO₂) dissout dans le plasma sanguin passe lui dans l'air contenu dans les poumons. C'est cet air appauvri en dioxygène et enrichit en gaz carbonique qui est expiré.

Le mouvement ventilatoire spontané se fait par des muscles qui soulèvent la cage thoraciques, l'augmentation de volume des poumons provoque une dépression qui aspire l'air (on parle de ventilation en pression négative) ; lors de l'inspiration, le diaphragme s'abaisse et pousse les viscères pour permettre aux poumons de se développer vers les pieds (d'ailleurs, lorsqu'une personne dort, on voit son ventre se lever et se baisser). L'expiration est passive, c'est l'élasticité naturelle de la cage thoracique et le poids des viscères qui fait diminuer le volume des poumons.

La ventilation s'effectue dans la cavité thoracique grâce aux unités fonctionnelles respiratoires, aux voies aériennes, ainsi qu'aux plèvres.

Plusieurs acini reliés par les canaux alvéolaires forment le lobule pulmonaire, les échanges de gaz entre l'air et le sang se font dans les bronchioles lobulaires.

La ventilation au repos chez l'adulte en bonne santé est de 10 à 12 mouvement par minute, elle peut varier en fonction de plusieurs facteurs comme l'activité physique ou les émotions. Les troubles de la ventilation sont appelés dyspnée, la ventilation peut être par exemple plus rapide (tachypnée) ou plus lente (bradypnée) que la "normale" (la normalité dépendant des individus). Lorsque la ventilation descend en dessous de 6 mouvement par minutes, on estime qu'elle est inefficace et doit être supplée par une ventilation artificielle.

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