Der Gasaustausch ist ein Prozess, der als Teil der Atmung stattfindet und es einem Organismus ermöglicht, Abgase gegen Gase auszutauschen, die er für seine Funktion benötigt. Dies ermöglicht beim Menschen und anderen Säugetieren die Abgabe von Kohlendioxid und die Aufnahme von Sauerstoff. Der Gasaustausch findet entlang der Atmungsmembran statt, wie beispielsweise der Lungenauskleidung bei Tieren, und das Kreislaufsystem des Organismus ermöglicht es den Gasen, sich durch den Körper zu bewegen. Bei einzelligen Tieren ermöglicht der Gasaustausch, dass sich Gase direkt in und aus der Zelle frei bewegen können.
Bei Pflanzen fungieren die Blätter als Atmungsmembran, wobei kleine Kapillargefäße in den Blättern Gase und Nährstoffe durch den Baum transportieren. Tiere wie Amphibien können sich für den Gasaustausch auf ihre Haut verlassen, während Kiementiere wie Fische die große Oberfläche der Kiemen nutzen, um gelösten Sauerstoff aus dem Wasser in ihren Körper zu ziehen.
Bei jedem Atemzug gelangt Luft, die reich an Sauerstoff und anderen Gasen ist, in die Lunge. Die Luft bewegt sich von einem Bereich mit hohem Druck, der gefüllten Lunge, zu einem Bereich mit niedrigem Druck, einer der Alveolen, den winzigen Lungenbläschen. Von dort gelangt der Sauerstoff durch eine dünne Membran in die Kapillaren, die die Lunge versorgen, wo er an Hämoglobin bindet und durch den Körper transportiert wird. Während das Blut zirkuliert, transportiert es auch Abfallstoffe wie Kohlendioxid ab und liefert sie zum Gasaustausch an die Lunge, damit sie aus den Alveolen herausgedrückt und beim Ausatmen ausgeatmet werden können.
Menschen, die Schwierigkeiten beim Atmen haben, können eine Hypoxie entwickeln, einen Zustand, in dem nicht genügend Sauerstoff den Körper erreicht. Dies kann auftreten, wenn der Gasaustausch durch Flüssigkeit in der Lunge gehemmt wird, eine Lunge nicht richtig aufgeblasen werden kann oder wenn die Atemwege verstopft sind. Ein Patient, der kein Kohlendioxid ausstoßen und keinen Sauerstoff erhalten kann, beginnt eine Blaufärbung der Extremitäten zu entwickeln und kann nach Luft schnappen.
In einer Umgebung, die reich an einem anderen Gas wie Stickstoff ist, kann dieses Gas Sauerstoff verdrängen, sodass Sauerstoff nicht in die Lunge gelangen kann. Ein Patient kann möglicherweise normal atmen, aber da kein Gasaustausch mit Sauerstoff stattfindet, wird die Person langsam sauerstoffarm. Abhängig vom eingeatmeten Gas können Patienten Symptome wie Schwindel, Verwirrtheit und Schläfrigkeit entwickeln, bevor sie ins Koma und schließlich aufgrund von Sauerstoffmangel sterben.