化学反射对呼吸的调控主要是通过化学感受器感受血液或脑脊液中某些化学成分的变化，进而调节呼吸运动，以维持内环境的稳定。化学感受器可分为外周化学感受器和中枢化学感受器，下面分别介绍它们对呼吸的调控机制。
外周化学感受器位于颈动脉体和主动脉体，它们对动脉血中的氧分压、二氧化碳分压和氢离子浓度的变化非常敏感。当动脉血中氧分压降低、二氧化碳分压升高或氢离子浓度升高时，外周化学感受器受到刺激，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓呼吸中枢，使呼吸加深加快。例如，在高原地区，由于空气中氧含量降低，动脉血氧分压下降，外周化学感受器兴奋，反射性地引起呼吸运动增强，以摄取更多的氧气。
中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位，它主要感受脑脊液和局部细胞外液中的氢离子浓度变化。二氧化碳虽然不能直接刺激中枢化学感受器，但它可以自由通过血 - 脑屏障，在脑脊液中碳酸酐酶的作用下与水结合生成碳酸，碳酸再解离出氢离子，从而刺激中枢化学感受器。当动脉血中二氧化碳分压升高时，二氧化碳进入脑脊液，使脑脊液中的氢离子浓度升高，中枢化学感受器兴奋，通过一定的神经联系，使呼吸中枢活动加强，呼吸加深加快。反之，当二氧化碳分压降低时，呼吸运动则减弱。
在生理情况下，二氧化碳是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素。一定水平的二氧化碳分压对维持呼吸中枢的基本活动是必需的。而低氧对呼吸的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的，并且低氧对呼吸中枢的直接作用是抑制，但由于同时通过外周化学感受器兴奋呼吸中枢，所以在一定程度上可以对抗低氧对中枢的抑制作用。当严重低氧时，外周化学感受器的兴奋作用不足以克服低氧对中枢的抑制作用，将导致呼吸障碍。氢离子对呼吸的调节作用主要是通过外周化学感受器实现的，因为氢离子不易通过血 - 脑屏障。总之，化学反射通过外周和中枢化学感受器对呼吸进行精细的调节，以适应机体不同状态下的代谢需求。
