В зависимости от среды обитания животные обмениваются кислородом с воздухом или с водой. У них выработались различные типы специальных органов: трахеи, жабры или легкие.

Трахеи. Этот тип дыхательного аппарата обычно встречается у мелких животных, живущих на воздухе, таких как насекомые. Он состоит из более или менее густой сети полых проводников (трахей), напрямую связывающих клетки с внешней атмосферой. Эти разветвленные канальцы заканчиваются трахеолами, диаметром не больше 10 микрон. Такой маленький размер позволяет им проникать в клетку почти до самых митохондрий, где происходит обмен газами.

Их открытие наружу на уровне оболочки животного контролируется стигмами, которые по необходимости открываются и закрываются, препятствуя проникновению мельчайших частиц пыли или воды, которые могут закупорить проводники.

Обновление газа в этом дыхательном аппарате обеспечивается простой диффузией молекул и движениями брюшка животного.

Жабры. Многочисленные водные беспозвоночные (моллюски, ракообразные, кольчатые черви и т. д.), а также позвоночные, такие как рыбы и земноводные (последние чаще в стадии личинки), дышат жабрами. Жабры могут находиться в прямом контакте с внешней средой (у молодого головастика) или защищаться анатомическим выростом (у взрослого головастика или костистых рыб).

Вода в месте контакта с этими придатками постоянно обновляется, чтобы обмен газов улучшался. Для этого жабры личинок водных насекомых или земноводных находятся в постоянном движении; у моллюсков, например мидий, обновление воды обеспечивают движения ресничек. У рыб возможны два варианта: или рото-оперкулярные движения обеспечивают накачивание воды (у карпа), или обводнение обеспечивается постоянным перемещением животного (тунец, акула). Жабра состоит из серии пластинок, сросшихся в жаберную дугу; кроме богатого кровоснабжения (густой сети кровеносных сосудов), жабра обладает многочисленными складками, в результате чего увеличивается поверхность обмена.

Легкие. Дыхательные органы большинства млекопитающих, птиц и пресмыкающихся состоят из многочисленных долей, помещенных в грудную клетку. Легкие связаны с внешней атмосферой системой твердых проводников, состоящей из трахеи, которая начинается в горле (гортани) и затем разделяется на два основных бронха. В каждом легком бронхи разветвляются много раз вплоть до последнего разделения, которое образуют бронхиолы. Эти последние открываются в легочные дольки, являющиеся анатомической единицей легкого. Но и на этом уровне дыхательное дерево продолжает разветвляться, образуя альвеолярные каналы, каждый из которых заканчивается альвеолой в полости.

Приток крови в легкие играет важнейшую роль. Разветвление артерий, идущих из сердца, заканчиваются сетью капилляров, которые покрывают стенки альвеол, место обмена газами между воздухом и кровью. Поверхность обмена достаточно велика: у человека она равна приблизительно половине площади теннисного корта. Легочный аппарат птиц заканчивается не закрытой системой альвеол, а проводниками, примыкающими к воздушным мешкам, которые, в свою очередь, связаны с пневматической костью скелета. Эти приспособления позволяют сделать скелет более легким, чтобы птица могла летать.