En els organismes unicel·lulars, en els pluricel·lulars de mida petita i en altres organismes que, tot i ésser més grans, no oposen resistència al pas de l’oxigen (com els porífers, els celenterats i alguns platihelmints), hi ha un procés de lliure difusió de l’oxigen pel cos, el qual arriba a l’interior de totes les cèl·lules. Atès que totes les cèl·lules depenen funcionalment del forniment d’oxigen, en els organismes recoberts d’epidermis impermeables o ceratinitzades s’hi ha desenvolupat un sistema circulatori que els garanteix la provisió d’oxigen i la recollida del diòxid de carboni que els cal eliminar com a resultat de la respiració interna. Quan no hi ha l’aparell circulatori, no hi ha tampoc un aparell respiratori diferenciat. La sang, per mitjà de proteïnes específiques per a la funció de transport i bescanvi gasós, necessita renovar-se en un moment donat, mitjançant el proveïment d’oxigen i l’alliberament de diòxid de carboni.
aparell respiratori cutani d'un anèl·lid oligoquet (secció transversal del segment XVI d'Enchytraeus albidus): 1, cutícula; 2, hipodermis
Bé que, segons el tipus de vida que mena, cada grup ha adoptat aparells respiratoris i circulatoris diversos, fonamentalment tots tenen en comú el fet de disposar d’una gran superfície molt vascularitzada en contacte amb el medi (aquàtic o aeri), on la sang venosa allibera el diòxid de carboni i captura l’oxigen. La manera com és realitzat aquest bescanvi a la sang determina els diversos tipus d’aparell respiratori. El més elemental és l'aparell respiratori cutani, en el qual s’esdevé la difusió lliure de l’oxigen; és propi d’organismes amb una subepidermis molt vascularitzada i en els quals la pell és en contacte amb un medi líquid o molt humit. En tenen molts anèl·lids i algunes larves aquàtiques d’insectes, petits crustacis, amfibis i peixos. El funcionament de l'aparell respiratori branquial consisteix en el bescanvi gasós en medi aquàtic en extensions cutànies molt vascularitzades (brànquia). En l'aparell respiratori pulmonar, la respiració té lloc per mitjà de sacs aerífers de paret vascularitzada (pulmó). És una adaptació a la vida aèria que protegeix l’epiteli de la dessecació però necessita moviments respiratoris per a renovar l’aire. La respiració per aparell respiratori traqueal té lloc mitjançant unes invaginacions tegumentàries que desemboquen a l’exterior per parelles (estigmes) i es ramifiquen per l’interior del cos tot minvant gradualment de diàmetre (tràquea) fins a atènyer 1μ en les cèl·lules traqueolars, i és en llurs ramificacions intracel·lulars que té lloc el bescanvi. En els insectes petits, l’oxigen hi arriba per difusió a partir de les traquèoles, però els de més grandària o de metabolisme més exigent requereixen també moviments respiratoris.