呼吸过程中，氧气和二氧化碳交换的主要场所是在肺部的肺泡。肺泡是肺内微小的气囊结构，它们的数量非常多，总面积可以达到70-100平方米，这为气体交换提供了极大的表面积。肺泡壁非常薄，仅由一层扁平的细胞构成，这些细胞直接与围绕其外周的毛细血管接触。
当空气被吸入肺部时，氧气会通过肺泡膜扩散进入血液中的红细胞内，与此同时，血液中携带的二氧化碳则从血流中释放出来，穿过肺泡壁进入肺泡内部，随后随着呼气过程排出体外。这一气体交换的过程依赖于浓度梯度：即氧气在肺泡内的浓度高于血液，而二氧化碳在血液中的浓度高于肺泡，这种差异促使两种气体分别向低浓度区域移动。
此外，肺泡表面还有一层称为表面活性物质的脂蛋白混合物，它有助于降低液体-空气界面之间的表面张力，防止肺泡塌陷，并保持其开放状态，从而保证了有效的气体交换。因此，在呼吸过程中，正是通过肺泡这一关键结构实现了氧气和二氧化碳的有效交换。
