通过呼吸（吸气和呼气），呼吸系统实现了空气和血液之间以及血液和身体细胞之间的气体交换。 呼吸系统还可以帮助我们闻到气味和发出声音。 以下是呼吸系统的五个关键功能。
在肺通气中，空气通过鼻腔和口腔吸入。 空气通过咽、喉和气管进入肺部， 然后以相反的方向经过同一条通路呼出。 肺部容积和空气压力的变化引发肺通气。 在正常吸气过程中，膈肌和肋间外肌收缩，胸腔抬升。 随着肺部容积的增加，空气压力下降，使空气进入。 在正常呼气过程中，肌肉松弛。 肺部变小，空气压力上升，使空气排出。
在肺的内部，用氧气交换二氧化碳废物，这个过程被称作外呼吸。 这个呼吸过程在数以亿计被称作肺泡的微小囊中进行。 吸入空气中的氧气从肺泡扩散进入周围的肺毛细血管， 它与红细胞中的血红蛋白分子结合，并通过血液泵送。 同时，来自脱氧血液的二氧化碳从毛细血管扩散到肺泡中，并通过呼气排出。
血流通过内呼吸将氧气带入细胞并清除二氧化碳废物。 在这个过程中，红细胞通过脉管系统将从肺部吸收的氧气携带到全身。 当含氧血液到达细窄的毛细血管时，红细胞释放出氧气。 空气通过毛细血管壁扩散到人体组织中。 同时，二氧化碳从组织扩散到红细胞和血浆中。 脱氧的血液将二氧化碳带回肺部进行释放。
发音就是由上呼吸道的结构产生声音。 在呼气过程中，空气通过喉部（喉头）呼出肺部。 当我们说话时，喉部的肌肉会让杓状软骨运动。 杓状软骨将声带推拢。 声带被推到一起时，在它们之间通过的空气使它们振动，从而发出声音。 声带张力越大，产生的振动越快，音调越高。 较小的张力会导致较慢的振动和较低的音高。
嗅觉过程始于衬在的鼻腔中的嗅觉纤维。 当空气进入鼻腔时，空气中的化学物质粘附于纤毛并激活纤毛上的神经系统受体。 这种刺激向大脑发出信号： 神经元收到来自鼻腔穿过筛骨孔的信号，然后传到嗅球。 然后，信号从嗅球沿着颅神经I传导至大脑皮层的嗅觉区域。
