A principal função do sistema respiratório é liberar oxigênio (O2) para as células e remover dióxido de carbono (CO²) das células. A adequação da oxigenação e da ventilação é medida pela pressão parcial de oxigênio arterial (PaO²) e pela pressão parcial de dióxido de carbono arterial (PaCO²).

O O2 é transportado no sangue de duas formas: dissolvido e ligado à hemoglobina. Noventa e sete por cento do O2 transportado no sangue estão ligados à hemoglobina e, menos de 3% do O2 são transportados dissolvidos.

A saturação arterial de O2 (SaO2) representa o percentual de moléculas de hemoglobina do sangue arterial que está ligado ao O2.

O sistema respiratório também atua como reservatório sanguíneo para o ventrículo esquerdo para reforçar o débito cardíaco quando necessário, como protetor da grande circulação filtrando resíduos e partículas, como regulador de líquidos mantendo-os fora dos alvéolos e como fornecedor das funções metabólicas, como por exemplo, a produção de surfactante.