Quá trình trao đổi khí và hô hấp tế bào có mối quan hệ chặt chẽ: Hô hấp tế bào sử dụng O₂ để oxi hóa chất hữu cơ tạo thành CO₂, nước và giải phóng năng lượng. Quá trình trao đổi khí giúp cơ thể lấy O₂ dùng cho hô hấp tế bào và thải CO₂ từ quá trình hô hấp tế bào ra môi trường.

Cấu tạo tế bào khí khổng phù hợp với chức năng trao đổi khí ở thực vật:

- Khí khổng nằm ở lớp biểu bì của lá tạo điều kiện cho sự trao đổi khí diễn ra dễ dàng.

- Tế bào khí khổng gồm hai tế bào hình hạt đậu nằm úp sát nhau, thành trong tế bào dày còn thành ngoài mỏng tạo thành khe khí khổng, khe khí khổng không bao giờ đóng lại hoàn toàn đảm bảo sự trao đổi khí diễn ra liên tục.

Sự khác nhau giữa quá trình trao đổi khí qua khí khổng trong hô hấp và quang hợp:

- Quá trình trao đổi khí của cây chịu ảnh hưởng của những yếu tố: ánh sáng, nước (độ ẩm không khí, nước trong cây).

- Cây bị thiếu nước ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí: Cây bị thiếu nước thì khí khổng sẽ mở nhỏ lại khiến quá trình trao đổi khí cũng sẽ bị hạn chế.

Cơ quan trao đổi khí của các động vật trong hình:

- Động vật đơn bào hoặc đa bào có tổ chức thấp có cơ quan trao đổi khí là bề mặt cơ thể.

- Côn trùng có cơ quan trao đổi khí là hệ thống ống khí.

- Cá, Thân mềm, chân khớp sống trong nước có cơ quan trao đổi khí là mang.

- Lưỡng cư, Bò sát, Chim, Thú có cơ quan trao đổi khí là phổi.

Đường đi của khí qua cơ quan trao đổi khí ở động vật:

- Khí O₂ từ môi trường qua cơ quan trao đổi khí (da, hệ thống ống khí, mang, phổi) vào cơ thể rồi được mang đến cung cấp cho tất cả các tế bào trong cơ thể thực hiện quá trình hô hấp.

- Khí CO₂ sinh ra từ hô hấp tế bào được vận chuyển đến cơ quan trao đổi khí rồi được đẩy ra ngoài môi trường nhờ động tác thở ra.

- Khi hít vào, không khí mang nhiều O₂ đi qua đường dẫn khí (khoang mũi → hầu → khí quản → phế quản) để vào phổi. Tại phổi, O₂ khuếch tán vào máu. Máu mang O₂ đến cung cấp cho các tế bào trong cơ thể.

- Khí CO₂ do tế bào thải ra sẽ khuếch tán vào máu. Máu vận chuyển CO₂ đến phổi rồi đi qua đường dẫn khí để đi ra ngoài môi trường nhờ động tác thở ra.

- Nếu đường dẫn khí bị tắc nghẽn thì sẽ không có quá trình trao đổi khí O₂ và CO₂ giữa cơ thể và môi trường dẫn đến không có O₂ để cung cấp cho sự hô hấp của các tế bào khiến tế bào không có năng lượng để sử dụng, đồng thời CO₂ cũng không được đào thải ra ngoài môi trường khiến tế bào bị đầu độc. Hiện tượng này kéo dài, tế bào sẽ chết, gây nguy hiểm cho tính mạng của con người.

- Một số việc làm có lợi cho quá trình trao đổi khí ở người:

+ Tập luyện và lao động vừa sức, đều đặn; tập luyện các bài tập hít thở để tăng dung tích sống của phổi.

+ Giữ vệ sinh hệ hô hấp: đeo khẩu trang khi ra ngoài, vệ sinh mũi họng đúng cách, tránh nơi không khí bị ô nhiễm, sử dụng các thiết bị lọc không khí (nếu có),…

+ Cần cẩn trọng khi ăn các loại thực phẩm dễ hóc, gây tắc nghẽn đường thở như thạch, các loại quả tròn và trơn,…

Trao đổi khí giữa cơ thể sinh vật với môi trường diễn ra theo cơ chế khuếch tán. Ở thực vật, trao đổi khí được thực hiện qua quá trình quang hợp và hô hấp, còn ở động vật, trao đổi khí được thực hiện qua quá trình hô hấp.