A difusão de um gás através dos tecidos é descrita pela lei de Fick, segundo a qual a difusão de um gás é diretamente proporcional à espessura, e a diferença de pressão parcial do gás entre os dois lados do tecido é inversamente proporcional à área.

A ventilação pulmonar aumenta lentamente da região superior para inferior, enquanto o fluxo sanguíneo aumenta mais rapidamente; devido a isso, a relação ventilação-perfusão é baixa na parte superior do pulmão e muito alta nas bases pulmonares; estas diferenças regionais justificam a captação de oxigênio elevada nos ápices pulmonares.

Durante o exercício físico intenso, o fluxo sanguíneo pulmonar aumenta e o tempo para captação de oxigênio no capilar é maior em indivíduos saudáveis, sem alteração da espessura da membrana alvéolo-capilar; há redução significativa da pressão arterial de oxigênio no final do capilar.

Nem todo ar que inspiramos chega aos alvéolos e fica disponível para a troca gasosa; uma pequena fração do ar inspirado permanece no espaço morto fisiológico. A maior parte do volume de ar inspirado chega aos pulmões, e a que está disponível para a troca gasosa é chamada de ventilação alveolar.

O Shunt se refere ao sangue que entra no sistema arterial sem ter passado pelas áreas ventiladas do pulmão; este sangue pouco oxigenado reduz a pressão de oxigênio arterial; nestes casos, mesmo que se aumente a oferta de oxigênio até 100%, a hipoxemia não será revertida totalmente, pois o sangue desviado não entra em contato com os alvéolos.