Todos los animales necesitan oxígeno para obtener energía. El sistema respiratorio se encarga de capturarlo del ambiente y de expulsar el dióxido de carbono de desecho. Sin este intercambio de gases, las células se quedan sin batería.

Dentro de las células ocurre la respiración celular: la glucosa de los alimentos se rompe con oxígeno para liberar energía útil en forma de ATP. La reacción es C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía (ATP). Para sostenerla se necesitan dos pasos: la ventilación, que lleva aire o agua hasta la superficie de intercambio, y la hematosis, que es el paso real de O2 a la sangre y de CO2 hacia afuera. Ambos se basan en la difusión, el movimiento de moléculas desde donde hay muchas hacia donde hay pocas.

No importa si es piel, branquia o pulmón, toda superficie respiratoria debe cumplir tres condiciones: estar húmeda, porque los gases solo cruzan disueltos en agua; ser delgada, para que el paso sea rápido; y ser amplia y con mucha sangre, para aumentar el intercambio. Si falta una, el animal se asfixia.

Existen cuatro modelos adaptados al ambiente y al tamaño: la respiración cutánea por la piel en lombrices y anfibios, la branquial con láminas filtradoras en peces y crustáceos, la traqueal con tubos directos a las células en insectos, y la pulmonar con bolsas internas y alvéolos en mamíferos, aves y reptiles. Cada sistema es una solución al medio: no hay uno mejor, solo el más adaptado.