Izmjena plinova je proces koji se događa kao dio disanja, dopuštajući organizmu razmjenu otpadnih plinova za plinove koji su mu potrebni za funkcioniranje. U slučaju ljudi i drugih sisavaca, to omogućuje ekspresiju ugljičnog dioksida i unos kisika. Izmjena plinova odvija se duž respiratorne membrane, kao što je sluznica pluća kod životinja, a krvožilni sustav organizma omogućuje kretanje plinova po cijelom tijelu. Kod jednostaničnih životinja izmjena plinova omogućuje plinovima da se slobodno kreću izravno u i iz stanice.
U biljkama, listovi djeluju kao respiratorna membrana, s malim kapilarnim žilama u lišću koje djeluju za transport plinova i hranjivih tvari kroz stablo. Životinje poput vodozemaca mogu se oslanjati na svoju kožu za izmjenu plinova, dok životinje sa škrgama poput riba koriste veliku površinu škrga kako bi izvukle otopljeni kisik iz vode u svoja tijela.
Svaki put kada osoba udahne zrak bogat kisikom i drugim plinovima ulazi u pluća. Zrak se kreće iz područja visokog tlaka, ispunjenih pluća, do područja niskog tlaka, jedne od alveola, sitnih vrećica koje oblažu pluća. Odatle kisik prolazi kroz tanku membranu u kapilare koje opskrbljuju pluća, gdje se veže na hemoglobin za transport po cijelom tijelu. Kako krv cirkulira, ona također odnosi otpad poput ugljičnog dioksida, dostavljajući ih plućima za izmjenu plinova kako bi se mogli izbaciti iz alveola i izdahnuti kada osoba izdahne.
Ljudi koji imaju poteškoća s disanjem mogu početi razvijati hipoksiju, stanje u kojem tijelo ne stiže dovoljno kisika. To se može dogoditi kada tekućina u plućima inhibira izmjenu plinova, kada se pluća ne mogu pravilno napuhati ili kada je dišni put začepljen. Bolesnik koji ne može izbaciti ugljični dioksid i dobiti kisik u zamjenu će početi razvijati plavičaste ekstremitete i može hvatati zrak.
U okruženju bogatom drugim plinom, poput dušika, taj plin može istisnuti kisik, što onemogućuje kisiku da dopre do pluća. Pacijent može normalno disati, ali budući da se ne odvija izmjena plinova s kisikom, osoba će polako gladovati kisikom. Ovisno o plinu koji se udiše, pacijenti mogu razviti simptome kao što su vrtoglavica, zbunjenost i pospanost prije nego što podlegnu komi i konačnom smrću zbog nedostatka kisika.