Lungerne ligger i hver sin halvdel af brystkassen, adskilt af blandt andet hjerte, luftrør, spiserør og brysthvirvelsøjle, omgivet af hver sin lungesæk. Lungerne vejer tilsammen omkring et kilo og kan indeholde op til fem-seks liter luft. Det samlede overfladeareal af den respiratoriske del af lungerne er 55-80 m2.

Lungesækken (pleura) er en dobbeltvægget hinde. Det ydre blad hæfter til indersiden af brystkassen, oversiden af mellemgulvet og til hjertets hinder, mens det inderste blad er fast sammenhængende med lungevævet. Rummet mellem de to blade af hinden, pleurarummet, er væskefyldt. De to blade glider nemt mod hinanden, men er nærmest umulige at skille fra hinanden, da der er et svagt undertryk mellem dem. Dette svarer til at lægge to glasplader mod hinanden med lidt vand imellem: De vil nemt kunne forskydes langs med hinanden, men kan kun adskilles hvis der kommer luft imellem dem. Når det svage undertryk kan opretholdes skyldes det, at der faktisk ikke er tale om to hinder, men kun én - som er foldet, så den ligger dobbelt.

Lungevævet er elastisk, og vil forsøge at trække sig mest muligt sammen, mens brystkassen er mere ueftergivelig. Resultatet er en balance mellem de kræfter der trækker indad og de kræfter der trækker udad. Da væsken mellem de to hinder i lungesækken ikke kan udvides, bliver der som en konsekvens heraf undertryk mellem de to hinder. Udvides brystkassens rumfang vil lungerne følge med.

Mange organer i kroppen, blandt andet lunger, hjerte, visse organer i bughulen og visse sener, er omgivet af en hinde med to blade. De to blade udgøres af én og samme hinde, hvilket kan anskueliggøres som ovenfor: Hvis man forestiller sig, at en finger presses ned mod en ballon (A), vil man kunne få ballonen til at bule op på hver sin side af fingeren (B). Bulerne vil til sidst kunne røre ved hinanden (C). I tværsnit (nederst) kan det ses, hvordan én hinde kan danne to blade, uden at være brudt noget sted.

Luftrøret deler sig i hovedbronkierne, som herefter deles yderligere i mindre bronkier. De mindste bronkiegrene (bronkioler) ender i lungeblærerne. På lungevævet findes den indre lungehinde og på indersiden af brystvægget den ydre. En tynd væskefilm mellem de to lag af lungehinden virker smørende.

I de respiratoriske luftveje sker udvekslingen af gasser (ilt og kultveilte) mellem luften og blodet.

Omkring lungeblærerne findes et fintmasket net af små blodårer, hårkarnettet. Hårkarnettets årer har en diameter, der gør, at de røde blodceller kun lige akkurat kan passere igennem. På den måde bliver blodmængden spredt over et meget stort område (svarende til det store overfladeareal af alveolerne), hvorved langt hovedparten af blodet, der pumpes ind i lungerne, kan bringes i nær kontakt med luften.

Normalt er ilt og kultveilte de to vigtigste stoffer, som transporteres mellem luften og blodet i lungerne. Blodet, der kommer til lungerne, har et lavt iltindhold og ilten i indåndingsluften vil derfor blive optaget i blodet. Modsat er mængden af kultveilte i blodet stor, mens der i indåndingsluften næsten intet findes. Kultveilten vil derfor blive udskilt fra blodet til luften, der herefter udåndes.

De røde blodceller og luften i lungerne er ikke i direkte kontakt, men adskilt af alveolevæggen, hårkarnettets væg og blandt andet lidt bindevæv herimellem. Afstanden er dog så lille, at ilt- og kultveiltemolekylerne kan bevæge sig frit (ved diffusion) mellem luft og blod. Det betyder, at transporten af for eksempel ilt sker uden brug af energi og mest af alt er afhængig af, hvor stor koncentrationen er i blodet og i luften.

Andre stoffer, som for eksempel kulilte (CO) eller forskellige typer medicin, kan også transporteres mellem luft og blod (Se afsnittet "Kulilte" ).

Diffusion betegner udbredelsen af molekyler som følge af molekylernes individuelle bevægelser. Alle molekyler udfører spontane, tilfældige bevægelser (Brownske bevægelser) med baggrund i den energi de besidder (eneste undtagelse er, hvis stoffets temperatur ligger på det absolutte nulpunkt 0×K (-273,15×C)).

Tilfældigheden i molekylernes bevægelser fører til diffusion af molekyler i alle retninger, men overordnet set, vil molekylerne bevæges fra områder med høj koncentration af stoffet til områder med lav koncentration af stoffet, (nettodiffusion fra høj koncentration til lav) indtil koncentrationsforskellen er udlignet (hvorved der er opstået diffusionsligevægt).

Diffusion foregår med meget høj hastighed over små afstande og i væsker eller gasser, men er meget langsom i faste materialer og ved lange afstande: I en celle (med en diameter på 10mm) vil glukose være i diffusionsligevægt indenfor få sekunder, mens det vil vare 11 år, hvis afstanden i stedet var 10 cm1. Til sammenligning er afstanden mellem luft og blod i lungeblærerne kun cirka 1mm.

I lungerne vil der ske en diffusion af ilt fra indåndingsluften til blodet og af kultveilte den modsatte vej. Afstanden er ikke den eneste faktor, som påvirker diffusionshastigheden; overfladeareal, hvor diffusion kan foregå og hvilket stof der er tale om, har også stor betydning. Således sker diffusionen af kultveilte over lungeblærens membran cirka 20 gange hurtigere end diffusionen af ilt2.