Le rôle de la respiration est de pourvoir les cellules en oxygène : celles-ci possèdent un organite, la mitochondrie, qui utilise l'oxygène pour dégrader les molécules organiques (glucose, par ex.) et fournir l'énergie nécessaire à l'activité cellulaire (chez les bactéries, les réactions biochimiques de la respiration se produisent dans la membrane bactérienne). Cette libération d'énergie entraîne une production de gaz carbonique et d'eau.

La respiration est un phénomène existant chez tous les êtres vivants à l'exception des rares organismes vivant en anaérobie (sans oxygène). Oxygène, gaz carbonique et eau sont échangés en permanence par l'organisme au niveau d'organes. Chez les invertébrés, la peau richement vascularisée peut jouer ce rôle. Chez d'autres, comme les insectes, les échanges gazeux avec le milieu extérieur ont lieu par de petits orifices respiratoires de la trachée, les stigmates. Les poissons ont développé des branchies qui leur permettent de respirer l'oxygène dissous dans l'eau. Les poumons des vertébrés aériens captent l'oxygène de l'air. Leur paroi fine, de grande surface et richement vascularisée, facilite la diffusion des gaz. Après avoir traversé la membrane des poumons, l'oxygène se fixe à une molécule des globules rouges, l'hémoglobine, pour être transporté aux cellules. Le gaz carbonique suit le chemin inverse jusqu'aux poumons. L'air pauvre en oxygène et riche en gaz carbonique doit être rejeté. La ventilation est l'ensemble des phénomènes qui font que l'air est alternativement expulsé et absorbé par le poumon. Pendant l'inspiration, les muscles des côtes et le diaphragme sont contractés, ce qui augmente le volume de la cage thoracique et provoque l'entrée d'air dans les poumons. Au cours de l'expiration, la cage thoracique s'affaisse et chasse l'air des poumons.