Kaasunvaihto on prosessi, joka tapahtuu osana hengitystä, jolloin organismi voi vaihtaa jätekaasuja toimintaansa varten tarvittaviin kaasuihin. Ihmisten ja muiden nisäkkäiden tapauksessa tämä mahdollistaa hiilidioksidin ilmentymisen ja hapen saannin. Kaasunvaihto tapahtuu hengityskalvoa pitkin, kuten eläinten keuhkojen limakalvoa, ja organismin verenkiertojärjestelmä sallii kaasujen liikkua koko kehossa. Yksisoluisissa eläimissä kaasunvaihto mahdollistaa kaasujen liikkumisen vapaasti suoraan soluun ja ulos.
Kasveissa lehdet toimivat hengityskalvona, ja pienet kapillaarisuonet lehtissä vaikuttavat kaasujen ja ravinteiden kuljettamiseen koko puun läpi. Sammakkoeläinten kaltaiset eläimet voivat luottaa nahkaansa kaasunvaihdossa, kun taas kidat, kuten kalat, käyttävät kidusten suurta pinta -alaa vetääkseen liuennutta happea vedestä ja kehoonsa.
Joka kerta, kun ihminen hengittää, happea ja muita kaasuja sisältävä ilma pääsee keuhkoihin. Ilma liikkuu korkean paineen alueelta, täytetystä keuhkoista, matalapaineiselle alueelle, yhdelle alveoleista, keuhkojen vuoraavista pienistä pusseista. Sieltä happi kulkee ohuen kalvon läpi keuhkoja syöttäviin kapillaareihin, joissa se sitoutuu hemoglobiiniin kuljettaakseen koko kehon. Veren kiertäessä se kuljettaa pois myös jätteitä, kuten hiilidioksidia, toimittaen ne keuhkoihin kaasunvaihtoa varten, jotta ne voidaan pakottaa ulos alveoleista ja hengittää ulos, kun henkilö hengittää ulos.
Ihmisillä, joilla on hengitysvaikeuksia, voi alkaa kehittyä hypoksia, tila, jossa kehoon ei pääse riittävästi happea. Tämä voi tapahtua, kun kaasunvaihtoa estää keuhkoissa oleva neste, kun keuhko ei pysty täyttymään kunnolla tai kun hengitystiet ovat tukossa. Potilas, joka ei pysty poistamaan hiilidioksidia ja saa happea vastineeksi, alkaa raajojen sinertymistä ja voi haukkua ilmaa.
Ympäristössä, jossa on paljon muuta kaasua, kuten typpeä, tämä kaasu voi syrjäyttää happea, mikä tekee mahdottomaksi hapen pääsyn keuhkoihin. Potilas voi pystyä hengittämään normaalisti, mutta koska kaasunvaihto hapen kanssa ei tapahdu, henkilöstä tulee hitaasti happea. Riippuen hengitettävästä kaasusta potilaat voivat kehittää oireita, kuten huimausta, sekavuutta ja uneliaisuutta, ennen kuin he joutuvat koomaan ja lopulta kuolemaan hapen puutteen vuoksi.