O principal trabalho dos pulmões é trocar oxigênio por dióxido de carbono. O ar inalado alcança milhões de minúsculos alvéolos, onde o oxigênio difunde através de paredes ultra finas para o sangue capilar, ligando-se à hemoglobina para ser entregue a cada célula. Simultaneamente, o CO₂ — um produto metabólico de resíduo — move-se do sangue para os alvéolos para ser exalado. Esta troca contínua mantém o pH sanguíneo estável e alimenta a produção de energia celular.
A ventilação depende do diafragma e dos músculos intercostais. Quando o diafragma se contrai, a cavidade torácica se expande, criando pressão negativa que atrai o ar para dentro. O relaxamento inverte o processo. Esta bomba rítmica se ajusta automaticamente para atender à demanda metabólica — mais rápida durante o exercício, mais lenta em repouso.
Cada glóbulo vermelho carrega até quatro moléculas de oxigênio. A interface alvéolo-capilar é tão eficiente que o sangue sai dos pulmões quase 100% saturado em condições normais. Doenças como pneumonia, fibrose ou edema pulmonar prejudicam esta transferência, levando à hipoxemia.
O CO₂ viaja no sangue como bicarbonato, gás dissolvido e compostos carbamino. Nos pulmões, ele reverte para forma gasosa e sai. A falha em eliminar CO₂ (hipercapnia) causa acidose respiratória — uma queda perigosa no pH sanguíneo vista em DPOC grave, overdose de opioides ou distúrbios neuromusculares.
O ar exalado passa pela laringe, onde as pregas vocais vibram para criar som. Os pulmões fornecem o fluxo de ar e o controle de pressão necessários para fala, canto e outras vocalizações. Doença pulmonar frequentemente enfraquece a projeção e resistência da voz.
Os vasos pulmonares podem se dilatar para aumentar o fluxo sanguíneo perto da superfície do corpo, auxiliando na perda de calor. Embora não seja um termostato primário, isso contribui durante estresse térmico ou febre.