Wymiana gazowa u zwierząt polega na pobraniu tlenu ze środowiska i dostarczeniu go do komórek oraz usunięciu z nich dwutlenku węgla na zewnątrz organizmu. W oddychaniu bezpośrednim wymiana gazowa odbywa się całą powierzchnią ciała, w oddychaniu pośrednim w narządach wymiany gazowej. W transporcie gazów między narządami wymiany gazowej a komórkami u części bezkręgowców i wszystkich kręgowców uczestniczy krew.
Mechanizm wymiany gazowej przez skrzela określany jest jako przeciwprądowy. Warunkuje go przeciwny kierunek przepływu krwi w naczyniach krwionośnych skrzeli oraz obmywającej skrzela wody. U kręgowców lądowych dostarczenie tlenu do płuc, różnie ukształtowanych u poszczególnych gromad, odbywa się poprzez drogi oddechowe. Składają się one z jamy nosowej, gardła, krtani ze strunami głosowymi oraz z tchawicy i oskrzeli. Powierzchnia wymiany gazowej w płucach kręgowców jest stale wilgotna, co ułatwia dyfuzję gazów. U ssaków oskrzela, rozgałęzione na coraz mniejsze oskrzeliki, zakończone są cienkościennymi, silnie ukrwionymi pęcherzykami płucnymi. Dyfuzja tlenu i dwutlenku węgla przez ich ściany zachodzi dzięki różnicy stężeń tych gazów w pęcherzykach płucnych i we krwi. U ssaków, w tym u człowieka, podczas wentylacji płuc biorą udział mięśnie międzyżebrowe i przepona.