Trao đổi khí là quá trình sinh học mà theo đó các khí di chuyển thụ động bởi sự khuếch tán qua bề mặt. Thông thường, bề mặt này là - hoặc chứa - một màng sinh học tạo thành ranh giới giữa một sinh vật và môi trường ngoại bào của nó.

Các khí liên tục được tiêu thụ và sản sinh ra bởi các phản ứng tế bào và chuyển hóa ở hầu hết sinh vật, vì vậy cần có một hệ thống trao đổi khí hiệu quả giữa các tế bào và môi trường bên ngoài. Các sinh vật nhỏ, đặc biệt là động vật đơn bào, chẳng hạn như vi khuẩn và động vật nguyên sinh, có tỷ lệ diện tích bề mặtso với thể tích cao. Ở những sinh vật này, màng trao đổi khí thường là màng tế bào. Một số sinh vật đa bào nhỏ, như giun dẹp, cũng có thể thực hiện trao đổi khí đầy đủ qua da hoặc lớp biểu bì bao quanh cơ thể của chúng. Tuy nhiên, ở hầu hết các sinh vật lớn hơn, có tỷ lệ diện tích bề mặt nhỏ và khối lượng nhỏ, các cấu trúc đặc biệt có bề mặt phức tạp như mang, phế thải phổi và mesophyll xốp cung cấp diện tích lớn cần thiết cho việc trao đổi khí hiệu quả. Những bề mặt phức tạp này đôi khi có thể được xâm nhập vào cơ thể của sinh vật. Đây là trường hợp các phế nang tạo thành bề mặt bên trong của phổi động vật có vú, mesophyll xốp, được tìm thấy bên trong lá của một số loại thực vật, hoặc mang của những con nhuyễn thể có chúng, được tìm thấy trong lớp vỏ của chúng.