呼吸中枢主要位于脑干，具体来说是在延髓和桥脑这两个区域。延髓是调节呼吸节律的基本中枢，它包含了能够产生基本呼吸节律的神经元群，这些神经元通过发放冲动来控制呼吸肌（主要是膈肌和肋间肌）的活动，从而实现吸气与呼气的过程。而桥脑则对这种基础的呼吸模式进行精细调控，影响呼吸频率和深度。
此外，在延髓中还存在两个重要的呼吸调节区域：一个是位于腹外侧部的吸气中枢，负责启动吸气动作；另一个是背侧的呼气中枢，主要作用于抑制吸气，促进从吸气向呼气转换。桥脑内的长形核（也称作桥脑呼吸组）对这些过程也有重要影响。
除了上述结构之外，大脑皮层和边缘系统等高级部位也能通过下行路径调节呼吸活动，例如在情绪紧张或运动时会改变正常的呼吸模式。但总体而言，维持基本生命所需的自主性呼吸控制主要依赖于延髓和桥脑中的神经网络。
