L'apparato respiratorio permette all'organismo di introdurre l'ossigeno ed espellere l'anidride carbonica.

Sono i polmoni gli organi principali dell'apparato respiratorio, nei quali avvengono gli scambi gassosi tra il sangue e l'aria presenti negli alveoli polmonari. Questi scambi avvengono per differenza di pressione parziale dei gas: l'ossigeno passa dall'aria alveolare, in cui ha una pressione parziale di 104 mmHg, al sangue venoso, la cui tale pressione è di 40 mmHg, mentre l'anidride carbonica viene ceduta al sangue venoso nell'aria alveolare.

A riposo, durante ciascun atto respiratorio, vengono introdotti nei polmoni circa 500ml di aria. Questo volume è detto volume corrente. In un adulto, la normale frequenza respiratoria è di circa 12 atti respiratori al minuto. Conseguentemente, in un  minuto vengono ventilati circa 6 litri di aria.
Dei 500 ml inspirati durante ciascun atto respiratorio però, solamente 350 ml raggiungono gli alveoli polmonari e partecipano agli scambi gassosi, i 150 ml restanti costituiscono lo spazio morto, occupando le vie aeree superiori, i bronchi e i bronchioli.

La misura dell'efficienza respiratoria

La più importante misura dell'efficienza respiratoria è la ventilazione alveolare, equivalente alla quantità d'aria che in minuto raggiunge gli alveoli polmonari. In condizioni di riposo questo valore è pari a 4,2 litri (350 ml x 12 atti respiratori/minuto).

Un lavoro muscolare intenso, con un elevato consumo di ossigeno ed una elevata produzione di anidride carbonica, determina un aumento dell'attività respiratoria. In soggetti particolarmente allenati e predisposti, la ventilazione polmonare può raggiungere anche valori superiori ai 100 litri/min. 
Questo perché, l'anidride carbonica prodotta dall'organismo, accumulandosi stimola il centro respiratorio e di conseguenza vengono aumentate la frequenza e la profondità del respiro.

A riposo le persone allenate, rispetto alle persone sedentarie, hanno una minor ventilazione polmonare. Questo perché, a livello alveolare, la diffusione dei gas risulta essere più facile. Questo è determinato da:

• una più lunga permanenza dell'aria nei polmoni;
• ad un più valido trasporto dell'ossigeno nel sangue;
• ad un migliore utilizzo dell'ossigeno da parte dei tessuti.

La capacità vitale. Per capacità vitale si intende il massimo volume d'aria immesso attraverso una respirazione forzata. La capacità vitale di un individuo in buone condizioni di salute ma sedentario, si aggira intorno ai 4500 ml. Per un atleta, la capacità vitale può anche superare i 6500 ml. 
Valori molto elevati si registrano sopratutto negli atleti delle discipline di resistenza.

Gli uomini e le donne presentano alcune differenze in merito al loro modo di respirare: gli uomini hanno una respirazione prevalentemente addominale, mentre le donne prevalentemente costale. 
I bambini invece, presentano una respirazione addominale quando sono molto piccoli. Quando poi la gabbia toracica si sarà definitivamente strutturata e le coste assumeranno una posizione inclinata, la respirazione diverrà in parte costale. Inoltre i bambini, rispetto agli adulti, presentano una frequenza respiratoria maggiore ed atti respiratori più superficiali.

Lavoro e consumo di ossigeno

I condizioni di riposo, un individuo consuma circa 250 ml di ossigeno e produce 200 ml di anidride carbonica.

Se si svolge una attività muscolare molto blanda, la quantità di ossigeno consumata è minore di quella fornita dal sistema respiratorio e distribuita dal sistema cardio-circolatorio.
Quando si è nella situazione in cui la quantità di ossigeno consumata e la quantità fornita dal sistema respiratorio si equivalgono, si parla di steady state. Una condizione nella quale, se non intervenissero fattori di origine nervosa, l'attività fisica potrebbe essere protratta per un lungo periodo di tempo (si parla anche di essere protratta all'infinito).

Il debito di ossigeno

Quando invece l'attività è intensa, il consumo di ossigeno è maggiore rispetto alla sua assunzione. E' una situazione nella quale si crea il debito di ossigeno, che deve essere pagato al termine dell'attività fisica. 
E' proprio per questo motivo che, dopo uno performance fisica di una certa intensità, l'attività respiratoria rimane comunque elevata, proprio per potere introdurre tanto ossigeno quanto basta per "pagare il debito".