У человека и у других позвоночных, дышащих воздухом, дыхательная система состоит из легких и путей, по которым воздух проходит в легкие. Анатомию этой системы можно 

усвоить, проследив путь молекул кислорода, входящих в организм . Воздух входит через наружные носовые отверстия, или ноздри, которые ведут в носовую полость — большое пространство, находящееся выше ротовой полости и ниже головного мозга. Носовая полость содержит орган обоняния и выстлана эпителием, отделяющим слизь. Проходя через эту полость, воздух очищается от пыли и согревается. Когда капилляры носовой полости чрезмерно расширяются, вызывая избыточное образование слизи, то появляется насморк. 

Из носа воздух проходит через внутренние ноздри, или хоаны, в глотку, где перекрещиваются пути пищеварительной и дыхательной систем. Пища проходит из глотки в желудок по пищеводу, а воздух идет дальше через гортань и трахею. Для того чтобы пища не попадала в гортань и трахею и не повреждала нежные оболочки, выстилающие эти органы, при каждом проглатывании пищи отверстие гортани прикрывается особым хрящом, называемым надгортанником. К счастью, это происходит автоматически, и нам не приходится всякий раз, когда мы глотаем, вспоминать о том, что нужно закрыть надгортанник; изредка этот автоматический механизм подводит нас, и пища попадает «не в то горло». 

Гортань иногда образующая видимый снаружи выступ — кадык) содержит голосовые связки — эпителиальные складки, которые при прохождении между ними воздуха вибрируют, производя звук. Натяжение голосовых связок регулируется особыми мышцами, что позволяет издавать звуки разной высоты. Трахею, или дыхательное горло, можно отличить от пищевода по хрящевым кольцам, находящимся внутри ее стенок и не позволяющим ей спадаться. Во время вдоха давление воздуха в трахее ниже атмосферного, и без хрящевых колец она была бы сдавлена. 

На уровне прикрепления первого ребра к грудине трахея разветвляется на два хрящевых бронха, идущих в легкие. Внутри легкого каждый бронх разветвляется на бронхиолы, которые в свою очередь повторно ветвятся на все более узкие трубочки, ведущие к концевым полостям — альвеолярным мешочкам. В стенках наиболее тонких бронхиол и альвеолярных мешочков находятся мельчайшие чашеобразные полости, называемые альвеолами, окруженные густой сетью кровеносных капилляров . Стенки альвеол тонки и влажны, что позволяет молекулам газов легко проходить через них в капилляры. По приблизительной оценке, общая поверхность альвеол, через которую могут диффундировать газы, составляет свыше 100 м2, т. е. в 50 с лишним раз больше поверхности кожи. 

Стенки трахеи и бронхов состоят из внутреннего эпителиального слоя, наружного соединительнотканного слоя и среднего слоя, содержащего хрящевые кольца и гладкие мышечные волокна (у человека, страдающего астмой, эти мышечные волокна чрезмерно сильно сокращаются, что вызывает сужение просвета мелких бронхов и затрудняет дыхание). В эпителии содержатся ресничные клетки. Биение ресничек происходит непрерывно в одном направлении, и когда твердые частицы, например пылинки, попадают на влажную поверхность эпителия, они задерживаются выделяемой эпителием слизью, и биение ресничек выносит их обратно к глотке. Это важный механизм защиты организма от вдыхаемых бактерий. 

По мере того как бронхиолы и их разветвления становятся уже, стенки их делаются тоньше, хрящевой слой исчезает, а ресничные клетки замещаются плоским эпителием. Стенки альвеол состоят только из одного слоя плоских эпителиальных клётда. Предполагалось, что альвеолярный эпителий также однослойный, однако исследования при помощи электронного микроскопа показали, что он состоит из двух слоев — альвеолярного эпителия и эндотелия капилляров, отделяющего воздух, находящийся в альвеолах, от крови. Между альвеолами расположены поддерживающие их тяжи эластической соединительной ткани. Это придает легким такую эластичность, что если непосредственно после извлечения из тела животного надуть их через трахею, как воздушный шар, 

и после этого открыть отверстие трахеи, то они благодаря своей упругости сжимаются и выталкивают воздух наружу. Легкое снабжено как двигательными нервами, идущими к гладкой мускулатуре бронхов и бронхиол, так и чувствительными нервами, разветвляющимися повсюду. Каждое легкое, так же как и внутренняя поверхность стенки грудной полости, в которой находятся легкие, покрыто тонким словхМ гладкого эпителия, называемого плеврой. Оба листка плевры всегда влажны, что уменьшает трение, когда легкие при дыхании двигаются в грудной полости. Давление в плевральной полости (между двумя листками плевры) обычно бывает ниже атмосферного. Легкие в силу своей упругости стремятся отойти от грудной стенки, в результате чего в грудной полости создается частичный вакуум. При воспалении плевры ее эпителий выделяет жидкость, скапливающуюся в полости между легким и грудной стенкой; это состояние называется плевритом. В случаях тяжелого туберкулеза иногда необходимо бывает вызвать спадение одного легкого, чтобы предоставить покой инфицированным тканям. Этого достигают, прокалывая грудную стенку и впуская в плевральную полость стерильный воздух; в результате легкое спадается благодаря своей собственной эластичности.