W fizjologii, oddychanie to przemieszczanie się tlenu ze środowiska zewnętrznego do komórek w obrębie tkanek i usuwanie dwutlenku węgla w przeciwnym kierunku.
Fizjologiczna definicja oddychania różni się od definicji biochemicznej, która odnosi się do procesu metabolicznego, w którym organizm uzyskuje energię (w postaci ATP i NADPH) poprzez utlenianie składników odżywczych i uwalnianie produktów odpadowych. Chociaż oddychanie fizjologiczne jest niezbędne do podtrzymania oddychania komórkowego, a tym samym życia u zwierząt, procesy te są odmienne: oddychanie komórkowe zachodzi w poszczególnych komórkach organizmu, podczas gdy oddychanie fizjologiczne dotyczy dyfuzji i transportu metabolitów między organizmem a środowiskiem zewnętrznym.
Wymiana gazowa w płucach zachodzi poprzez wentylację i perfuzję. Wentylacja odnosi się do wlotu i wylotu powietrza z płuc, a perfuzja to krążenie krwi w kapilarach płucnych. U ssaków fizjologiczne oddychanie obejmuje cykle oddechowe składające się z wdechów i wydechów. Wdech (oddychanie) jest zazwyczaj aktywnym ruchem, który wprowadza powietrze do płuc, gdzie zachodzi proces wymiany gazowej pomiędzy powietrzem w pęcherzykach płucnych a krwią w naczyniach włosowatych płuc. Skurcz mięśnia przepony powoduje zmianę ciśnienia, które jest równe ciśnieniu wywołanemu przez sprężyste, oporowe i bezwładnościowe elementy układu oddechowego. Natomiast wydech (wydychanie powietrza) jest zazwyczaj procesem biernym.
Proces oddychania nie wypełnia pęcherzyków płucnych powietrzem atmosferycznym podczas każdego wdechu (około 350 ml na oddech), ale wdychane powietrze jest starannie rozcieńczane i dokładnie mieszane z dużą objętością gazu (około 2,5 litra u dorosłego człowieka) zwaną czynnościową pojemnością resztkową, która pozostaje w płucach po każdym wydechu, a której skład gazowy różni się znacznie od składu gazowego powietrza atmosferycznego. Fizjologiczne oddychanie obejmuje mechanizmy, które zapewniają, że skład czynnościowej pojemności rezydualnej jest utrzymywany na stałym poziomie i wyrównuje się z gazami rozpuszczonymi w płucnej krwi włośniczkowej, a tym samym w całym organizmie. Tak więc, w precyzyjnym użyciu, słowa oddychanie i wentylacja są hiponimami, a nie synonimami oddychania; ale ta recepta nie jest konsekwentnie przestrzegana, nawet przez większość dostawców usług medycznych, ponieważ termin częstość oddechów (RR) jest dobrze ugruntowanym terminem w opiece zdrowotnej, mimo że musiałby być konsekwentnie zastąpiony przez częstość wentylacji, jeśli precyzyjne użycie miałoby być przestrzegane.