機體內氣體的交換是以最基本的物理原理按氣體擴散的方式進行的。氣體分子總是不停地進行著無定向的運動。但在分子分布不均勻的情況下，氣體分子會從分壓高處向分壓低處發生凈轉移。這一過程稱為氣體擴散，氣體擴散速率是以單位時間氣體擴散的量(容積)來表示的，與諸影響因素的關系以公式表示如下：

　　D∝△p·T·A·S/d·√Mr

　　式中：

　　D：擴散速度　△P：分壓差　T：絕對溫度　A：擴散面積　S：溶解度　d： 擴散距離 Mr：氣體分子量

　　該公式的各項意義：

　　一、呼吸氣體分壓

　　呼吸氣各組分的分壓(mmHg) 所處位置 PO2 PCO2 PN2 PH2O Total

　　干燥大氣 159 0.3 601 0 760

　　大氣(含水蒸氣) 158 0.3 596 5.7 760

　　吸氣(飽和) 149 0.3 564 47 760

　　呼氣(飽和) 116 28 569 47 760

　　肺泡內(飽和) 100 40 573 47 760

　　動脈血液 95 40 573 47 755

　　靜脈血液 40 46 573 47 706

　　組　織 30 50 573 47 700

　　氣體交換的動力是△P(分壓差)，△P大，擴散快。所謂分壓是指混合氣體中，各組成氣體所具有的壓力。它可用混合氣體的總壓力乘以各組成氣體所占有的容積百分比來求得。例如空氣是一種混合氣體，總壓力在海平面是101.33kPa(760mmHg)，其中O2的容積百分比約為21%，則O2分壓為101.3321×21%=21.28kPa(760×21%=159mmHg)，CO2的容積百分比約為0.04%，則CO2分壓為101.33×0.04%=0.04kPa(760×0.04%=0.3mmHg)。呼吸氣各組分的分壓詳見下表。

　　由表可見，肺泡氣體，動脈血、靜脈血和組織的PO2和PCO2各不相同，彼此間存在著△P，即存在著氣體交換的動力，于是氣體就可從分壓高處向分壓低處擴散。

　　二、氣體的分子量(Mr)和溶解度

　　質量輕的氣體擴散較快。在相同條件下，各氣體的擴散率與各氣體的分子量的平方根成反比。

　　如果擴散發生在氣相和液相之間，則擴散率還與氣體在溶液中的溶解度(S)成正比。溶解度是單位分壓下溶解于單位容積的溶液中的氣體量。一般以一個大氣壓，38℃時， 100ml液體中溶解的氣體的ml數來表示。

　　S√Mr為擴散系數，取決于氣體分子本身的特性。CO2的擴散系數是O2的20倍， 因為CO2和O2的分子量分別是44和32，在血漿中的溶解度分別是51.4和2.14，則51.4√44：2.14√32≈20/1。

　　三、擴散的面積和距離

　　從公式中可見，氣體的擴散率和擴散的面積成正比，與擴散的距離成反比， 擴散面積大，擴散距離短，那么擴散率就大。

　　四、溫度

　　因為分子的運動隨溫度的升高而加速，所以溫度與擴散率成正比關系。