Nei vertebrati, la respirazione avviene in una serie di passi. L'aria passa per le vie respiratorie, che nei rettili, negli uccelli e nei mammiferi consistono nel naso; la faringe; la laringe; la trachea; i bronchi e i bronchioli; infine vi sono gli ultimi branchi dell'albero della respirazione. I polmoni dei mammiferi sono una fitta grata di alveoli, i quali forniscono un'enorme area di superficie per lo scambio di gas. Una rete di piccolissimi capillari permette il trasporto di sangue sulla superficie degli alveoli. L'ossigeno dell'aria dentro gli alveoli si diffonde nel flusso sanguigno, mentre l'anidride carbonica si diffonde dal sangue agli alveoli, entrambi mediante fini membrane alveolari. L'immissione e l'espulsione dell'aria è guidato dai movimenti muscolari; nei primi tetrapodi, l'aria era guidata ai polmoni dai muscoli della faringe. Nei mammiferi, un largo muscolo, il diaframma guida la ventilazione alternando periodicamente la pressione e il volume del torace. Durante la normale respirazione, l'espirazione è passiva e i muscoli non sono contratti.