Η κύρια λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος είναι η ανταλλαγή αερίων όπως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα στους πνεύμονες. Η αναπνοή, ή η αναπνοή, επιτρέπει να πραγματοποιηθεί αυτή η σημαντική λειτουργία. Ο αέρας που μεταφέρει οξυγόνο εισέρχεται στο σώμα κατά την εισπνοή και ο αέρας που μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα αποβάλλεται από το σώμα μέσω της εκπνοής. Το οξυγόνο είναι μια ζωτική απαίτηση όλων των κυττάρων προκειμένου να επιβιώσουν και να εκτελέσουν τις πολλές λειτουργίες τους. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ως επί το πλείστον απόβλητο προϊόν διεργασιών στο εσωτερικό του σώματος και συνήθως δεν χρειάζεται από τα κύτταρα.
Όλες οι δομές στην αναπνευστική οδό παίζουν απαραίτητο ρόλο στη λειτουργία του συστήματος. Η ανώτερη αναπνευστική οδός, η οποία περιλαμβάνει τη μύτη, το λαιμό, το φωνητικό κουτί και την τραχεία ή την τραχεία, είναι δίοδοι για το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Στην κατώτερη αναπνευστική οδό, που αποτελείται από τους πνεύμονες, τους βρόγχους και τους κυψελιδικούς σάκους, λαμβάνει χώρα η διαδικασία ανταλλαγής αερίων.
Καθώς το οξυγόνο φτάνει στην τραχεία, ταξιδεύει στους δύο κύριους βρόγχους, οι οποίοι χωρίζονται στον δεξιό και τον αριστερό πνεύμονα. Στη συνέχεια, το οξυγόνο προχωρά σε πολυάριθμα βρογχιόλια κάθε πνεύμονα και, τέλος, στα εκατομμύρια κυψελιδικών σάκων. Μικρότερα αιμοφόρα αγγεία, που ονομάζονται τριχοειδή, υπάρχουν στις επιφάνειες των κυψελιδικών σάκων. Το αίμα που μεταφέρει διοξείδιο του άνθρακα ταξιδεύει στους πνεύμονες μέσω των τριχοειδών αγγείων για να ανταλλάξει αυτό το αέριο με οξυγόνο. Το αίμα που μεταφέρει οξυγόνο πηγαίνει στη συνέχεια στην καρδιά για να παραδοθεί σε άλλα όργανα του σώματος.
Η διαδικασία της αναπνοής διέπεται από τις ενέργειες του κεντρικού νευρικού συστήματος, του διαφράγματος, των πνευμόνων και του κυκλοφορικού συστήματος. Υπάρχει ένα αναπνευστικό κέντρο στον εγκέφαλο που ρυθμίζει τη διαδικασία. Οι μύες στο στήθος, όπως το διάφραγμα και εκείνοι μεταξύ των πλευρών, βοηθούν στη διαστολή και την κατάρρευση των πνευμόνων κατά τη διάρκεια κάθε αναπνοής. Μετά την ανταλλαγή αερίων στους πνεύμονες, το οξυγονωμένο αίμα εισέρχεται συνήθως στο κυκλοφορικό σύστημα για να φτάσει σε όλα τα μέρη του σώματος.
Οποιαδήποτε διαταραχή στα συστατικά που ρυθμίζουν τη διαδικασία της αναπνοής μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος. Οι ασθένειες της αναπνευστικής οδού μπορεί να περιλαμβάνουν λοιμώξεις όπως η πνευμονία, η φυματίωση και η βρογχίτιδα. Η στένωση των αεραγωγών συχνά δυσκολεύει την αναπνοή σε πολλούς ασθενείς με άσθμα. Επιβλαβείς ουσίες, όπως ο καπνός του τσιγάρου και το αέριο ραδόνιο, μπορούν επίσης να φτάσουν στους πνεύμονες εάν εισπνέονται από τον αέρα. Αυτές οι ουσίες μπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη όγκων του πνεύμονα και καρκίνου, προκαλώντας συχνά επιδείνωση του αναπνευστικού συστήματος και άλλων συστημάτων του ανθρώπινου σώματος.