Na fisiologia, a respiração é o movimento de oxigénio do ambiente exterior para as células dentro dos tecidos, e a remoção de dióxido de carbono na direcção oposta.
A definição fisiológica de respiração difere da definição bioquímica, que se refere a um processo metabólico através do qual um organismo obtém energia (sob a forma de ATP e NADPH) oxidando nutrientes e libertando produtos residuais. Embora a respiração fisiológica seja necessária para sustentar a respiração celular e assim a vida nos animais, os processos são distintos: a respiração celular ocorre em células individuais do organismo, enquanto que a respiração fisiológica diz respeito à difusão e transporte de metabolitos entre o organismo e o ambiente externo.
A troca de gás no pulmão ocorre por ventilação e perfusão. A ventilação refere-se ao movimento de entrada e saída de ar dos pulmões e a perfusão é a circulação de sangue nos capilares pulmonares. Nos mamíferos, a respiração fisiológica envolve ciclos respiratórios de respirações inaladas e exaladas. A inalação (inspiração) é geralmente um movimento activo que traz ar para os pulmões onde o processo de troca de gases ocorre entre o ar nos alvéolos e o sangue nos capilares pulmonares. A contracção do músculo do diafragma causa uma variação de pressão, que é igual às pressões causadas pelos componentes elásticos, resistivos e inerciais do sistema respiratório. Em contraste, a exalação (expiração) é geralmente um processo passivo.
O processo de respiração não enche os alvéolos com ar atmosférico durante cada inspiração (cerca de 350 ml por inspiração), mas o ar inalado é cuidadosamente diluído e completamente misturado com um grande volume de gás (cerca de 2,5 litros em humanos adultos) conhecido como a capacidade residual funcional que permanece nos pulmões após cada exalação, e cuja composição gasosa difere marcadamente da do ar ambiente. A respiração fisiológica envolve os mecanismos que asseguram que a composição da capacidade residual funcional é mantida constante, e equilibra-se com os gases dissolvidos no sangue capilar pulmonar, e portanto em todo o corpo. Assim, no uso preciso, as palavras respiração e ventilação são hipónimos, não sinónimos, de respiração; mas esta prescrição não é seguida consistentemente, mesmo pela maioria dos prestadores de cuidados de saúde, porque o termo frequência respiratória (RR) é um termo bem estabelecido nos cuidados de saúde, embora precisasse de ser substituído consistentemente por frequência respiratória se o uso preciso fosse seguido.