肺换气时，O2和CO2经过肺泡与肺毛细血管之间的结构即呼吸膜。其六层结构是单分子的表面活性物质层和肺泡液体层；肺泡上皮层；上皮基底膜层；组织间隙层；毛细血管基底膜层；毛细血管内皮细胞层。肺换气的动力是气体的分压差，肺换气与组织换气的原理完全相同。在肺部，氧气从分压高的肺泡通过呼吸膜扩散到血液，而二氧化碳则从分压高的肺毛细血管血液中扩散到分压低的肺泡中。
混合静脉血流经肺毛细血管时，血液PO2，是5.32kPa（40mmHg），比肺泡气的13.83kPa（104mmHg）低，肺泡气中O2，便由于分压差向血液净扩散，血液的PO2便逐渐上升，最后接近肺泡气的PO2.CO2则向相反的方向扩散，从血液到肺泡，因为混合静脉血的PCO2是6.12kPa（46mmHg），肺泡气的PCO2是5.32kPa（40mmHg）。O2和CO2的扩散都极为迅速，仅需约0.3s即可达到平衡。通常情况下血液流经肺毛细血管的时间约0.7s，所以当血液流经肺毛细血管全长约1/3时，己经基本上完肺换气成交换过程。可见，通常情况下肺换气时间绰绰有余。
