En fisiología, la respiración es el movimiento de oxígeno desde el entorno exterior a las células dentro de los tejidos, y la eliminación de dióxido de carbono en la dirección opuesta.
La definición fisiológica de respiración difiere de la definición bioquímica, que se refiere a un proceso metabólico por el que un organismo obtiene energía (en forma de ATP y NADPH) mediante la oxidación de nutrientes y la liberación de productos de desecho. Aunque la respiración fisiológica es necesaria para mantener la respiración celular y, por tanto, la vida en los animales, los procesos son distintos: la respiración celular tiene lugar en las células individuales del organismo, mientras que la respiración fisiológica se refiere a la difusión y el transporte de metabolitos entre el organismo y el entorno externo.
El intercambio de gases en el pulmón se produce por ventilación y perfusión. La ventilación se refiere al movimiento de entrada y salida del aire de los pulmones y la perfusión es la circulación de la sangre en los capilares pulmonares. En los mamíferos, la respiración fisiológica implica ciclos respiratorios de inhalación y exhalación. La inhalación (aspiración) suele ser un movimiento activo que lleva el aire a los pulmones, donde tiene lugar el proceso de intercambio de gases entre el aire de los alvéolos y la sangre de los capilares pulmonares. La contracción del músculo del diafragma provoca una variación de la presión, que es igual a las presiones causadas por los componentes elásticos, resistivos e inerciales del sistema respiratorio. Por el contrario, la exhalación (espiración) suele ser un proceso pasivo.
El proceso de respiración no llena los alvéolos con aire atmosférico durante cada inhalación (unos 350 ml por respiración), sino que el aire inhalado se diluye cuidadosamente y se mezcla a fondo con un gran volumen de gas (unos 2,5 litros en humanos adultos) conocido como capacidad residual funcional que permanece en los pulmones después de cada exhalación, y cuya composición gaseosa difiere notablemente de la del aire ambiente. La respiración fisiológica implica los mecanismos que garantizan que la composición de la capacidad residual funcional se mantenga constante y se equilibre con los gases disueltos en la sangre capilar pulmonar y, por tanto, en todo el organismo. Por lo tanto, en el uso preciso, las palabras respiración y ventilación son hipónimos, no sinónimos, de respiración; pero esta prescripción no se sigue sistemáticamente, ni siquiera por la mayoría de los proveedores de atención médica, porque el término frecuencia respiratoria (RR) es un término bien establecido en la atención médica, aunque debería sustituirse sistemáticamente por frecuencia de ventilación si se siguiera el uso preciso.