Η βασική-αν και όχι μοναδική λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος είναι η αναπνοή, με τη οποία αποσκοπείται η διάθεση στον οργανισμό του αναγκαίου για την αερόβια μεταβολική του δραστηριότητα ποσού Ο2 (περίπου 250ml/min) και η απαγωγή της ποσότητας του CO2 (περίπου 200 ml/min). Δεν είναι υπερβολή να υποστηριχθεί ότι η διάθεση Ο2 στους ιστούς αποτελεί τη σπουδαιότερη φυσιολογική λειτουργία κάθε αερόβιου οργανισμού, αφού η ελάττωση της αποδόσεως Ο2 συνεπάγεται ανεπίστρεπτες βλάβες σε ζωτικά όργανα ή και θάνατο. Η κατανάλωση Ο2 και η παραγωγή CΟ2 εξαρτώνται από το μεταβολισμό. Ο ρυθμός μεταβολισμού, πάλι, εξαρτάται από τις σύμφυτες ιδιότητες των διαφόρων οργανισμών, όπως το μέγεθος, η πολυπλοκότητα τους, καθώς, βέβαια, και το είδος της τροφής που καταναλώνουν. Έτσι, ενώ για τον ελέφαντα, η κατανάλωση Ο2 δεν υπερβαίνει τα 0.155 cm3g-1h-1, για το μικρό οικιακό ποντικό απαιτούνται 13.7 cm3g-1h-1. Οι μονοκυτάριοι οργανισμοί εξασφαλίζουν το αναγκαίο Ο2 και αποβάλλουν το παραγόμενο CΟ2 με μικροδιανομή μεταξύ του εξωτερικού και εσωτερικού τους περιβάλλοντος, που στηρίζεται στους νομούς διαχύσεως των αερίων. Με την αύξηση, όμως, του μεγέθους και της πολυπλοκότητας των οργανισμών, η τοπική μικροδιανομή των αερίων και η διάχυση δια της επιφάνειας τους δεν είναι πλέον αρκετή για την ικανοποίηση των μεταβολικών τους αναγκών. Στους πολυκυττάριους οργανισμούς παρεμβάλλονται δύο πρόσθετα, ισχυρά, συστήματα για την εξυπηρέτηση της ανταλλαγής των αερίων : Ένας εξωτερικός εναλλάκτης αερίων ( πνεύμονες και υποστηρικτικά όργανα ) και ένα σύστημα μακροδιανομής ( καρδιαγγειακό + αίμα και υποστηρικτικά όργανα). Με τα συστήματα αυτά εμπλουτίζεται το εσωτερικό περιβάλλον, από το οποίο τα κύτταρα ανταλλάσσουν αέρια με μηχανισμούς τοπικής διαχύσεως.
Ο όγκος του παραγόμενου διοξειδίου του άνθρακος ( V̇CO2 ) προς τον όγκο του καταναλισκόμενου οξυγόνου ( V̇O2 ) κατά λεπτό από τα κύτταρα (ενδοκυττάρια αναπνοή) ονομάζεται αναπνευστικό πηλίκο, ( RQ).
RQ = V̇CO2 / V̇O2 { 1 }.
Το RQ ισούται με 0.8 αλλά μεταβάλλεται με την αναλογία των εμπεριεχομένων στις τροφές υδατανθράκων ( RQ=1 ), λιπών ( RQ = 0.7 ) και λευκωμάτων ( RQ = 0.85 ). Σε σταθεροποιημένες συνθήκες, το RQ ισούται με το δείκτη ανταλλαγής στους πνεύμονες, R (= respiratory exchange ratio ) ή δείκτη αερισμού (V) προς αιμάτωση (Q), που εκφράζει τον κατά λεπτό κυψελιδικό αερισμό προς την κατά λεπτό τριχοειδική αιμάτωση στους πνεύμονες ( μεγάλη αναπνοή ) 3. Με τον όρο ‘σταθεροποιημένες συνθήκες’ εννοούμε ότι [α] ο όγκος O2 που καταναλώνεται στους ιστούς ανά λεπτό, V̇O2, ισούται με τον όγκο O2 που προσλαβάνεται στους πνεύμονες∙ [β] ο όγκος CO2 που παράγεται στους ιστούς, V̇CO2, ισούται με τον όγκο που αποβάλλεται από τους πνεύμονες ∙ [γ] η μόνη πηγή ενέργειας στους ιστούς είναι η οξυγόνωση των συστατικών των τροφών (δηλαδή επιτελείται μόνο αερόβιος μεταβολισμός∙ και [δ] η καρδιακή παροχή ισούται με τη φλεβική επιστροφή αίματος στους πνεύμονες. Η μεταβολή της αναπνευστικής ομοιοστάσεως συνεπάγεται και, επομένως, εκδηλώνεται με : [α] μεταβολές των μερικών πιέσεων των αερίων του αρτηριακού αίματος και, [β] αύξηση του έργου που καταβάλλεται από το μυοκάρδιο και τους αναπνευστικούς μύες, προς το σκοπό της αποκαταστάσεως της αναπνευστικής οιμοιοστάσεως.
Η αναπνοή ολοκληρώνεται σε τέσσερις, οργανωμένες εν σειρά, λειτουργίες, τον πνευμονικό αερισμό, την οξυγόνωση του αίματος των πνευμονικών τριχοειδών (διάχυση αερίων δια της κυψελιδοτριχοειδικής μεμβράνης ), τη μεταφορά του οξυγονωθέντος αίματος δια της πνευμονικής και συστηματικής κυκλοφορίας και, τέλος, τη διάχυση των αναπνευστικών αερίων προς (ή από) τους περιφερικούς ιστούς. Έκπτωση οποιασδήποτε από τις λειτουργίες αυτές συνεπάγεται διαταραχή της μεγάλης ή μικρής αναπνοής, με αποτέλεσμα ανεπάρκεια ανταλλαγής αερίων, στους περιφερικούς ιστούς.