La ventilación pulmonar es el proceso por el cual se renueva el aire que llena los pulmones. Se produce mediante los movimientos de inspiración y espiración. Los cambios en el volumen de la cavidad torácica generan una variación de presión en los pulmones.

Dado que los pulmones carecen de musculatura propia, para que el aire se renueve se recurre a la ampliación o reducción de la caja torácica con movimientos de músculos externos. Estos movimientos de la caja torácica son producidos por el diafragma, músculo situado bajo la caja, y por los movimientos de los músculos intercostales situados entre las costillas. En menor medida también colaboran otros músculos torácicos y abdominales.

El diafragma se sitúa bajo los pulmones, separado de ellos por la pleura. En reposo tiene forma acampanada, mientras que los músculos intercostales, se sitúan entre las costillas y al contraerse hace que estas asciendan.

En la inspiración el diafragma desciende y las costillas se levantan, con lo que aumenta el volumen de la cavidad torácica. En detalle lo que ocurre es que el diafragma, al contraerse se mueve hacia abajo y se aplana, a la vez los músculos intercostales elevan las costillas y tiran del esternón hacia arriba. El resultado de ambos procesos es que la caja torácica se expande. Como los pulmones están fuertemente adheridos a la pared torácica, debido al efecto adhesivo del líquido pleural, se expanden de manera acorde con el nuevo y mayor tamaño del tórax. Como resultado de la expansión, la presión del aire en los pulmones es inferior a la presión atmosférica, y por tanto entra aire a las vías respiratorias. El aire continúa moviéndose hacia los pulmones hasta que la presión se equipara con la atmosférica. La inspiración (inhalación) es, por tanto, un proceso activo.

Durante la inhalación forzada, también se utilizan los músculos accesorios de la inspiración (esternocleidomastoideos, escalenos y pectoral menor, e incluso abdominales).

En la espiración el diafragma y las costillas vuelven a su posición normal y la caja torácica disminuye de volumen. Durante la espiración los músculos intercostales se relajan, las costillas y el diafragma vuelven a su posición inicial. Ello fuerza a los gases que están en el pulmón a juntarse, de modo que la presión pulmonar crece hasta superar a la atmosférica. En consecuencia, los gases tienden a salir y disminuye el volumen de la capa torácica. El pulmón se desinfla para igualar la presión dentro y fuera de los pulmones.

Pueden realizarse espiraciones forzadas para expulsar más aire que el de la posición de reposo. En ellas intervienen los músculos abdominales que, al contraerse empujan las vísceras contra el diafragma lo que obliga a contraer todavía más los pulmones.

El intercambio de gases ocurre por difusión pasiva en los alvéolos, como consecuencia de diferentes presiones parciales de O2 y CO2.