人体内的氧气交换主要通过弥散原理完成，这一过程依赖于气体分压差、肺泡膜通透性以及血流动力学因素。在肺泡和组织毛细血管之间，氧气和二氧化碳遵循浓度梯度被动扩散，实现气体交换。
在肺泡内，氧气分压高于毛细血管血液，氧气通过肺泡上皮细胞、间质液和毛细血管内皮进入血液。二氧化碳则因静脉血中分压较高而反向扩散至肺泡。血红蛋白与氧气结合后，运输至全身组织。组织细胞代谢消耗氧气并产生二氧化碳，使毛细血管内氧气分压降低、二氧化碳分压升高，驱动氧气向细胞释放和二氧化碳进入血液。
影响弥散效率的关键因素包括：1、分压梯度：高原环境因大气氧分压低会减弱弥散动力；2、呼吸膜状态：肺水肿增厚膜结构，肺气肿减少有效交换面积；3、气体特性：氧气溶解度虽低于二氧化碳，但与血红蛋白的结合特性显著提升运输能力；4、血流速度：运动时血流加速维持有效分压差，心衰时血流淤滞降低交换效率。
该原理可解释临床常见现象：肺炎患者因肺泡渗出物阻碍弥散出现低氧血症，贫血患者因血红蛋白不足影响氧气运载，一氧化碳中毒则因竞争性结合血红蛋白破坏氧气释放。对于存在弥散障碍的患者，临床常采用高压氧治疗增强分压梯度，或使用支气管扩张剂改善通气分布。