Capilares pulmonares formam uma rede densa, em forma de lâmina, dentro das paredes alveolares (septos). Cada segmento capilar é tão estreito (5–10 µm de diâmetro) que os glóbulos vermelhos se deformam para passar em fila única, maximizando a relação área de superfície/volume para difusão.
A barreira sangue-gás consiste em três camadas fundidas:
A espessura total da barreira pode ser <0,5 µm. Com ~280 bilhões de capilares e ~300 milhões de alvéolos, a área total de troca gasosa se aproxima de 70–100 m². Esta arquitetura permite o equilíbrio das pressões parciais de O₂ e CO₂ em <0,75 segundos em repouso, mais rápido durante o exercício.