O oxigênio obtido no processo respiratório é necessário para, no interior da célula, liberar a energia contida nas substâncias alimentares, possibilitando assim o seu aproveitamento (da energia). A este processo se denomina metabolismo oxidativo.

Os sistemas respiratórios tornam possíveis as trocas gasosas ao nível celular. No reino animal ocorrem diversos tipos de órgãos respiratórios. Um órgão respiratório nada mais é do que uma parte do corpo, onde o meio interno e o meio externo são separados por uma membrana muito fina, através da qual os gases, podem se difundir. Órgãos respiratórios encontrados nos animais são: brânquias (para respiração no meio aquático); traquéias, filotraquéias e pulmões (adaptados para a respiração no meio aéreo).

No homem o oxigênio é fornecido ao organismo pelo sangue, e este por sua vez capta o oxigênio ao nível dos pulmões. O oxigênio é transportado pelo sangue de duas maneiras: em solução no plasma (menor quantidade) e ligada à hemoglobina (em maior quantidade). O gás carbônico, produzido pelos tecidos ( na respiração celular) é transportado, pelo sangue, de volta aos pulmões de onde é eliminado na respiração. O CO₂ é transportado pelo sangue de três maneiras: em solução no plasma (quantidade mínima); ligado às proteínas sanguíneas (quantidade pequena); na forma de íon bicarbonato (maior quantidade).

A hemoglobina, contida dentro das hemácias, serve ao transporte de oxigênio (principalmente) e também ao transporte de gás carbônico (pequena quantidade). A hemoglobina ajuda também a manter estável a concentração de íons de hidrogênio (pH) no sangue.

A quantidade de hemoglobina no sangue é regulada, pela produção de hemácias. O ritmo da produção de hemácias depende do teor de oxigênio no sangue. Uma queda no teor de O₂ do sangue, leva a um aumento na taxa da produção de hemácias e consequentemente da quantidade de hemoglobina. Esta regulação é relativamente lenta.

Respostas (no aumento de número de hemácias) mais rápidas são obtidas através de regulação da respiração. A respiração é acelerada sempre que o nível de gás carbônico do sangue subir ou o nível do oxigênio baixar. A queda na tensão de O₂ do sangue estimula quimioreceptores, que enviam impulsos aos centros respiratórios, os quais por sua vez, estimulam a respiração de gás carbônico atua nos centros respiratórios, que respondem, e a respiração é estimulada.

A resposta ao gás carbônico é mais potente do que a resposta ao déficit do oxigênio.