El oxígeno que ha llegado a alguna superficie de intercambio (alvéolos, laminillas branquiales o piel) pasa a los capilares sanguíneos y el bióxido de carbono pasa de éstos a la superficie de intercambio por difusión, siempre de una zona de alta concentración a otra de baja concentración. El factor que determina el sentido y la velocidad de la difusión es la presión parcial del gas, basada en la ley de los gases de Dalton que dice: “En una mezcla de gases la presión total de la mezcla es igual a la suma de las presiones de los gases individuales”, lo que significa que cada gas ejerce la misma presión que ejercería si estuviera solo.

Sobre la base de este principio, el transporte a través de las membranas de intercambio sucede cuando existen diferencias de presiones de los gases involucrados. Dadas las circunstancias de ventilación adecuada y aire o agua de composición normal, existen gradientes favorables para la difusión hacia adentro del oxígeno y hacia fuera del bióxido de carbono, porque la Po2 (presión parcial del oxígeno) de la sangre capilar de las membranas respiratorias es menor que en el ambiente y la Pco2 (presión parcial del bióxido de carbono) mayor en la sangre que en el medio.