Trao đổi khí xảy ra trong phế nang bằng cách khuếch tán đơn giản. Máu chảy qua phế nang rất giàu carbon dioxide và rất nghèo oxy. Các phân tử khí tự nhiên chảy theo hướng có nồng độ thấp hơn qua màng trao đổi khí mỏng, chỉ dày hai tế bào.
Phế nang là những cấu trúc giống như quả bóng nhỏ sẽ phồng lên sau mỗi lần hít vào. Các màng bao quanh những túi nhỏ này chỉ dày một tế bào, và chúng được phủ một lớp chất lỏng đặc biệt để cho phép lạm phát và hòa tan các chất khí. Chất lỏng này có chứa một chất làm giảm sức căng bề mặt, có thể làm xẹp phế nang. Các túi có các mạch máu nhỏ tiếp xúc trực tiếp với chúng và các mạch máu này cũng có thành chỉ dày một tế bào.
Các phế nang căng phồng khi cơ hoành co lại và mở rộng khoang ngực. Điều này làm cho áp suất trong các phế nang giảm xuống dưới áp suất khí quyển và không khí tràn vào để làm phồng chúng lên. Tuy nhiên, sự pha trộn các chất khí trong phổi rất khác so với sự pha trộn trong không khí vì phổi không ngừng thải ra khí cacbonic. Cơ thể liên tục tiêu thụ oxy và tạo ra carbon dioxide thông qua các quá trình trao đổi chất, và phổi không hoàn toàn trống rỗng khi thở ra.
