תהליך הנשימה הוא תהליך של חילופי גזים שמאפשר לנו לקלוט חמצן ולפלוט פחמן דו-חמצני. החמצן הינו גז חיוני כדי ליצור אנרגיה, באמצעות שרשרת מעבר אלקטרונים והאנזים ATP סינתאז. הסרטון שלפנינו מתאר את מבנה הריאות ואת תהליך הנשימה.
תהליך חילופי הגזים בין האטמוספירה לגוף נקרא נשימה, והוא כולל כמה תהליכים. תחילה האוויר נכנס לסימפונות, וממשיך משם לנאדיות הריאה דרך צינורות שהולכים ומתפצלים לצינורות קטנטנים. חילופי הגזים מתרחשים בנאדיות: בזמן הנשימה האוויר ממלא את הנאדיות וגזים עוברים בינן לבין צינורות דם קטנטנים הנקראים קפילרות. חילוף הגזים מתרחש בשכבת תאי האפיתל.
אם נתבונן בשינוי שחל בצבע תאי הדם האדומים בעת חילופי הגזים נראה שכאשר תא דם עשיר בחמצן הוא הופך אדום, וכשהוא עני בחמצן צבעו כחול. מכאן נובע הצבע הכחלחל של הוורידים שלנו, המוליכים אל הריאות דם עני בחמצן. מכאן גם נובע הביטוי "דם כחול", המתייחס לאצילים: בימי הביניים אנשי האצולה באירופה לא עסקו בעבודות כפיים, ועל כן ניתן היה לראות בבירור את הוורידים (הכחולים) בידיהם.
תאי דם אדומים המגיעים לקפילרות הצמודות לנאדיות משחררים פחמן דו-חמצני שאספו מהגוף וקושרים אליהם חמצן. החמצן והפחמן דו-חמצני נקשרים למולקולה בשם המוגלובין ביחס של ארבע מולקולות חמצן למולקולת המוגלובין אחת. הקישור הוא קואופרטיבי, כלומר קישור של מולקולת חמצן אחת מעודד את קישור המולקולה הבאה. הקישור או השחרור של הגזים נעשה בהתאם למפל הריכוזים שלהם: באזור עשיר בחמצן, כמו הריאות, החמצן נקשר, ובאזור עני בחמצן, כמו ברקמות הגוף, החמצן משתחרר). אותו תהליך מתרחש גם במהלך סילוק הפחמן הדו-חמצני.
כדוריות הדם האדומות משחררות את החמצן ברקמות הגוף השונות כדי לאפשר להן לייצר את ה-ATP הנחוץ לתהליכים רבים בתא.