Đại diện: động vật đơn bào hoặc đa bào có tổ chức thấp (ruột khoang, giun tròn, giun dẹp, giun đốt).

Sự trao đổi khí được thực hiện trực tiếp qua màng tế bào hoặc bề mặt cơ thể.

Đại diện: côn trùng.

Cấu tạo:

• Hệ thống ống khí được cấu tạo từ những ống chứa không khí.
• Các ống dẫn phân nhánh nhỏ dần.
• Các ống nhỏ nhất tiếp xúc với tế bào của cơ thể.
• Hệ thống ống khí thông ra ngoài nhờ các lỗ thở.
• Sự thông khí trong các ống khí thực hiện được nhờ sự co dãn của phần bụng.

Đại diện: cá, thân mềm (trai, ốc,…), chân khớp (tôm, cua,…)

Đặc điểm: ngoài 4 đặc điểm của bề mặt trao đổi khí, cá xương còn có thêm 2 đặc điểm làm tăng hiệu quả trao đổi khí:

• Miệng và diềm nắp mang đóng mở nhịp nhàng tạo nên dòng nước chảy một chiều và gần như liên tục từ miệng qua mang.
• Cách sắp xếp của mao mạch trong mang giúp cho dòng máu chảy trong mao mạch song song và ngược chiều với dòng nước chảy bên ngoài mao mạch của mang.

=> Giúp cá xương lấy được hơn 80% lượng O₂ của nước khi đi qua mang.

Cơ chế: O₂ hòa tan trong nước khuếch tán vào máu, đồng thời CO₂ từ máu khuếch tán vào dòng nước chảy qua mang nhờ hoạt động của các cơ quan tham gia vào hoạt động hô hấp.

VD.  Ở cá là sự nâng hạ của xương nắp mang phối hợp với sự đóng mở của miệng.

Ở tôm, cua là hoạt động của các tấm quạt nước.

Đại diện: lưỡng cư, bò sát, chim, thú. (Lưỡng cư có hô hấp qua da là chủ yếu)

Không khí đi vào và đi ra khỏi phổi qua đường dẫn khí: khoang mũi, hầu, khí quản, phế quản.

a.  Qua các ống khí

Ở chim, phổi nằm sát trong hốc sườn nên thể thay đổi thể tích theo sự thay đổi thể tích của khoang thân hoặc khoang ngực, do đó phải nhờ sự thay đổi của các túi khí trước và các túi khí sau phổi.

Hít vào: Khi các cơ thở co, thể tích khoang thân lớn lên, áp suất trong khoang thân giảm, không khí giàu oxi từ ngoài theo khí quản tràn vào các túi khí sau, đẩy không khí qua ống khí trong phổi và dồn vào các túi khí trước. Cả hai túi khí trước và sau đều phồng.

Thở ra: Lúc các cơ thở dãn, thể tích trong khoang thân giảm, các túi khí bị ép, không khí từ các túi khí sau bị đẩy qua các ống khí trong phổi, trong khi đó các túi khí trước ép lượng khí giàu CO₂ ra ngoài.

=> Như vậy, nhờ hệ thống túi khí nên khi hít vào và thở ra đều có không khí giàu O₂ đi qua phổi → Chim là động vật trên cạn trao đổi khí hiệu quả nhất.

b.  Trong các phế nang

Sự trao đổi khí thực hiện qua bề mặt trao đổi khí ở các phế nang trong phổi.

Sự lưu thông khí qua phổi thực hiện được nhờ sự nâng hạ của thềm miệng (ở lưỡng cư), hoặc co dãn của các cơ thở làm thay đổi thể tích khoang thân (bò sát, chim), hay khoang ngực (thú, người).