Gāzu apmaiņa ir process, kas notiek kā daļa no elpošanas, ļaujot organismam apmainīt izplūdes gāzes pret gāzēm, kas tam nepieciešamas, lai tā funkcionētu. Cilvēku un citu zīdītāju gadījumā tas nodrošina oglekļa dioksīda ekspresiju un skābekļa uzņemšanu. Gāzu apmaiņa notiek pa elpošanas membrānu, piemēram, dzīvniekiem plaušu oderējumu, un organisma asinsrites sistēma ļauj gāzēm pārvietoties pa visu ķermeni. Vienšūnu dzīvniekiem gāzu apmaiņa ļauj gāzēm brīvi pārvietoties tieši šūnā un no tās.
Augos lapas darbojas kā elpošanas membrāna, ar maziem kapilāriem traukiem lapās, kas transportē gāzes un barības vielas visā kokā. Dzīvnieki, piemēram, abinieki, var paļauties uz savu ādu gāzu apmaiņai, savukārt žaunu dzīvnieki, piemēram, zivis, izmanto lielo žaunu virsmu, lai izvilktu izšķīdušo skābekli no ūdens un savā ķermenī.
Katru reizi, kad cilvēks ieelpo, plaušās nonāk gaiss, kas bagāts ar skābekli un citām gāzēm. Gaiss pārvietojas no augsta spiediena apgabala, piepildītajām plaušām, uz zema spiediena zonu, vienu no alveolām, sīkajiem maisiņiem, kas pārklāj plaušas. No turienes skābeklis caur plānu membrānu nonāk kapilāros, kas apgādā plaušas, kur tas saistās ar hemoglobīnu transportēšanai visā ķermenī. Asinīm cirkulējot, tās aiznes arī atkritumus, piemēram, oglekļa dioksīdu, nogādājot tos plaušās gāzu apmaiņai, lai tās varētu izspiest no alveolām un izelpot, kad cilvēks izelpo.
Cilvēkiem, kuriem ir apgrūtināta elpošana, var sākties hipoksija, stāvoklis, kad organismā nesasniedz pietiekami daudz skābekļa. Tas var notikt, ja gāzu apmaiņu kavē šķidrums plaušās, ja plaušas nevar pareizi uzpūst vai ja elpceļi ir aizsprostoti. Pacientam, kurš nevar izvadīt oglekļa dioksīdu un apmaiņā iegūt skābekli, sāks zilēt ekstremitātes un viņš var elsties pēc gaisa.
Vidē, kas ir bagāta ar citu gāzi, piemēram, slāpekli, šī gāze var izspiest skābekli, padarot skābekļa nonākšanu plaušās neiespējamu. Pacients var normāli elpot, bet, tā kā gāzes apmaiņa ar skābekli nenotiek, cilvēks lēnām sāks skābekļa badu. Atkarībā no ieelpotās gāzes, pacientiem var rasties tādi simptomi kā reibonis, apjukums un miegainība, pirms viņi nonāk komā un var izraisīt nāvi skābekļa trūkuma dēļ.