呼吸运动主要调节中枢位于脑干，具体包括延髓和脑桥，它们在呼吸运动的调节中发挥着至关重要的作用。

延髓是呼吸基本节律的产生部位，被视为呼吸的初级中枢。延髓内存在着两组与呼吸相关的神经细胞群，分别是背侧呼吸组和腹侧呼吸组。背侧呼吸组主要包含吸气神经元，其神经元轴突交叉后，主要投射到脊髓颈、胸段的膈神经和肋间神经运动神经元，兴奋时会引起吸气运动；腹侧呼吸组既有吸气神经元，又有呼气神经元。在平静呼吸时，腹侧呼吸组的呼气神经元基本不活动；而在用力呼吸时，吸气神经元和呼气神经元会分别控制吸气肌和呼气肌的活动。延髓呼吸中枢能够自动产生节律性的呼吸冲动，并且可以通过神经元之间的交互抑制，形成吸气和呼气的交替，维持呼吸的基本节律。

脑桥是呼吸调整中枢。脑桥上部有呼吸调整中枢，其主要作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换，从而防止吸气过长过深，调节呼吸的频率和深度，使呼吸运动更加平稳和协调。脑桥呼吸调整中枢可以通过与延髓呼吸中枢之间的神经联系，对延髓呼吸节律进行调整和优化，以适应机体不同的代谢需求。

除了脑干的呼吸中枢外，呼吸运动还受高位脑以及外周化学感受器的调节。例如，大脑皮层可以有意识地控制呼吸运动，外周的颈动脉体和主动脉体化学感受器可以感受血液中氧分压、二氧化碳分压和氢离子浓度的变化，将信息传入中枢，进而调节呼吸运动。但从主要调节中枢的角度来说，脑干的延髓和脑桥起着核心的调控作用。