Todos os gases envolvidos na fisiologia respiratória são formados por moléculas simples, livres para se moverem entre si através da membrana respiratória por difusão. No entanto, para que isso ocorra, necessita-se de energia, e essa energia é obtida pelo próprio movimento cinético dessas moléculas, que por serem livres e não estarem na temperatura de zero absoluto, estão continuamente se movendo até se chocarem com algo.
Quanto maior a solubilidade, área de corte transversal da via de difusão e maior o movimento cinético, maior será a difusão. Porém, quanto maior for a distância necessária para as moléculas se difundirem, mais devagar será a difusão.
A difusão ocorre devido a uma diferença de concentração, onde o lado mais concentrado, consequentemente com maior pressão devido ao maior número de moléculas, tem a probabilidade estatística muito maior de se mover aleatoriamente (moléculas livres e que se difundem pela energia cinética) para a região de menor pressão, porém ainda assim, há a difusão no sentido contrário, mesmo que estatisticamente seja bem menor.