Gaasivahetus on hingamise osana toimuv protsess, mis võimaldab organismil vahetada heitgaase gaaside vastu, mida tal on vaja toimimiseks. Inimeste ja teiste imetajate puhul võimaldab see süsihappegaasi ekspressiooni ja hapniku omastamist. Gaasivahetus toimub mööda hingamisteede membraani, näiteks loomadel kopsude vooderdust, ning organismi vereringesüsteem võimaldab gaasidel liikuda kogu kehas. Üherakulistel loomadel võimaldab gaasivahetus gaasidel vabalt liikuda otse rakku sisse ja sealt välja.
Taimedel toimivad lehed hingamismembraanina, lehtedes on väikesed kapillaarsooned, mis transpordivad gaase ja toitaineid kogu puu ulatuses. Loomad, nagu kahepaiksed, võivad gaasivahetusel toetuda oma nahale, samas kui lõpustega loomad, nagu kalad, kasutavad lõpuste suurt pindala, et tõmmata lahustunud hapnik veest välja ja oma kehasse.
Iga kord, kui inimene hingab, satub kopsudesse hapnikurikas õhk ja muud gaasid. Õhk liigub kõrge rõhuga piirkonnast, täidetud kopsust, madala rõhuga piirkonda, ühte alveoolidest, kopse vooderdavatest pisikestest kotikestest. Sealt liigub hapnik läbi õhukese membraani kopsu varustavatesse kapillaaridesse, kus see seondub hemoglobiiniga transportimiseks kogu kehas. Ringledes viib veri ära ka jäätmed, nagu süsinikdioksiid, suunates need gaasivahetuseks kopsudesse, et neid saaks alveoolidest välja suruda ja väljahingamisel välja hingata.
Inimestel, kellel on hingamisraskused, võib tekkida hüpoksia ehk seisund, kus kehasse ei jõua piisavalt hapnikku. See võib juhtuda siis, kui kopsudes olev vedelik pärsib gaasivahetust, kui kops ei saa korralikult täis puhuda või kui hingamisteed on takistatud. Patsiendil, kes ei saa süsihappegaasi väljutada ja hapnikku vastu saada, hakkab jäsemed sinakama ja ta võib õhku ahmida.
Keskkonnas, mis on rikas mõne muu gaasiga, näiteks lämmastikuga, võib see gaas hapniku välja tõrjuda, muutes hapniku jõudmise kopsudesse võimatuks. Patsient võib küll normaalselt hingata, kuid kuna gaasivahetus hapnikuga ei toimu, tekib tal aeglaselt hapnikunälg. Sõltuvalt sissehingatavast gaasist võivad patsientidel tekkida sellised sümptomid nagu peapööritus, segasus ja unisus, enne kui nad langevad koomasse ja võivad hapnikupuuduse tõttu surra.