1660 yılında Richard Lower, açık havada bırakılan kanın renginin değiştiğini gözlemledi ve bu renk değişimini kanın hava ile temasından kaynaklandığı şeklinde bir hipotez ortaya koydu. Lower’ın deneylerinde, açık havada renk değişimi gösteren kandamlasının üst kısmı ayırıldığında, alttaki tabakanın da renginin zaman içerisinde değiştiği gözlemlendi. Günümüzde, bu renk değişiminin havadaki oksijenden kaynaklandığı bilinmektedir.
Trake solunumu yapan canlılar hariç diğer hayvanların kanında solunum gazlarını taşımakla görevli solunum pigmentleri bulunur. Solunum pigmentleri, içerdikleri metal iyonuna göre değişik renklerde olabilir ve alyuvar içerisinde veya plazmada bulunabilirler. Örneğin, hemoglobin omurgalı canlılarda alyuvarlarda, omurgasızlarda ise kan plazmasında bulunur. Olgun alyuvarlar çekirdeklidir ve solunum pigmentleri sayesinde kan oksijen taşıma kapasitesi 75 kat artar.
İnsanda solunum denetleme merkezi omurilik soğanı ve pons adlı kısımlarda bulunur. Bu kısımlar, kan ve beyin omurilik sıvısındaki Ph değişimlerini algılar ve solunum hızını tayin eder. Kanda CO2 seviyesi arttığında, solunum merkezleri uyarılır, soluk alıp verme derinliği ve hızı artar. Soluk alıp veriş hızı daha çok kandaki CO2 yoğunluğuna bağlı olarak tayin edilir. O2 miktarının bu olaydaki etkisi çok azdır.
Yüksek rakımlarda yaşayan insanlarda solunum hızı yükselir ve hücrelere yeterli oksijen taşınabilmesi için vücuttaki alyuvar sayısı normalden fazladır. Bu insanlarda hücrelere gereken oksijeni sağlayabilmek için vücuttaki alyuvar sayısı artırılarak çalışılır. Sporcular, kandaki alyuvar sayısını ve buna bağlı olarak hücrelere taşınan oksijen seviyesini artırmak için, kendilerine düşük oksijen yoğunluğu sağlayan (yüksek rakım etkisi oluşturan) maskeler kullanabilirler.
Hemoglobin molekülü, oksijeni hücrelere taşıyarak CO2 ve H+ iyonlarını kan dolaşımından ayırır. Hemoglobinin oksijenle birleşip ayrılması ortamın CO2 yoğunluğuna bağlı olarak gerçekleşir. Akciğer alveolleri gibi yüksek O2 yoğunluğuna sahip noktalarda kandaki hemoglobin oksijene bağlanarak oksihemoglobine dönüşür. Oksihemoglobin, yapısına bağladığı oksijeni, doku kılcallarına kadar götürür ve serbest bırakır.
Karbondioksit, difüzyonla doku kılcallarına geçer ve burada su ile birleşerek karbonik asidi oluşturur. Karbonik asit kararsız bir yapıda olduğu için iyonlaşır. Ortaya H+ ve HCO3- (bikarbonat) iyonları çıkar. H+ iyonlarının kan Ph’ını aşırı derecede düşürmemesi için içerisinde hemoglobinle birleştirilir. Bikarbonat iyonları ise alyuvarlardan çıkar ve plazmada toplanır. Akciğer kılcallarına ulaşıldığında, plazmadaki HCO3- iyonları tekrar alyuvar içerisine girer ve tekrar H+ iyonları ile birleşerek karbonik asidi oluşturur.
Özetle, solunum pigmentleri solunum gazlarını taşır ve solunum denetleme merkezi solunum hızını tayin eder. Hemoglobin molekülü oksijeni taşıyarak CO2 ve H+ iyonlarını kan dolaşımından ayırır. Karbondioksit ise difüzyonla doku kılcallarına geçer ve burada bikarbonat iyonları şeklinde taşınır. Akciğer kılcallarına ulaşıldığında, plazmadaki HCO3- iyonları tekrar alyuvar içerisine girer ve tekrar H+ iyonları ile birleşerek karbonik asidi oluşturur.