Wymiana gazowa polega na dostarczeniu do komórek potrzebnego produktu i odebranie zbędnego produktu, jakim jest dwutlenek węgla. W skład krwi wchodzą erytrocyty, które wypełnione są barwnikiem oddechowym- hemoglobiną, posiadającą zdolność do wiązania cząsteczek tlenu. W momencie docierania krwi do komórek tlen odłącza się i dyfunduje do komórek. Komórki wykorzystują tlen do procesu oddychania komórkowego, które polega na utlenianiu substancji odżywczych, w celu uzyskania energii. Ubocznymi produktami tej reakcji jest woda i dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla ulega dyfuzji do krwi i z nią przenoszony jest do płuc, skąd jest usuwany.
Tlen i dwutlenek węgla są transportowane między krwią a komórkami w procesie dyfuzji. Polega on na przemieszczaniu się cząsteczek z większego stężenia (miejsca, gdzie jest ich więcej), do mniejszego stężenia (miejsca, gdzie jest ich mniej). Taki rodzaj dyfuzji nazywamy dyfuzją bierną, bo nie wymaga on dodatkowego nakładu energii.