Die Atmung ist ein komplexer Vorgang, der vom Atemzentrum im Gehirn gesteuert wird. Hier gibt es ganz unterschiedliche Funktionsstörungen. So kann das Zentrum im Gehirn selbst erkrankt sein. Dann kommt es meistens zu einer verringerten Atmung mit Rückstau der Kohlensäure im Blut und zu verminderter Sauerstoffversorgung. Es kann aber auch der gegenteilige Effekt eintreten, nämlich eine überschießende Atmung. Hier ist das relativ häufige Hyperventilationssyndrom zu erwähnen, das in der Regel eigentlich harmlos ist, wenn auch die Beschwerden oft dramatisch erscheinen: Kribbeln in den Händen und Füßen, Schwindel, Angst, Kopfschmerzen und Luftnot. Aber so schnell wie ein Hyperventilationsanfall kommt, verschwindet er dann auch wieder. Wenn die betroffenen Patienten wissen, dass ein solcher Zustand harmlos ist, wird eine ärztliche Behandlung meistens gar nicht erforderlich. Es handelt sich um eine überschießende Reaktion des vegetativen Nervensystems, die nicht - wie früher angenommen - durch psychische Störungen begünstigt wird. Vielmehr liegt die Ursache wahrscheinlich in einer angeborenen Fehlregulation. Häufig haben die Betroffenen auch Beschwerden anderer Art wie überschießende Herzfrequenzattacken oder Schweißausbrüche.

Der Gasaustausch (also die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid) kann durch sehr unterschiedliche Krankheitsbilder beeinflusst werden. Insbesondere Erkrankungen im Bereich der Lungenbläschen (Alveolen) führen zu einer deutlichen Minderaufnahme von Sauerstoff, so dass die Patienten bereits bei leichter körperlicher Belastung Atemnot haben. Andererseits kann eine Einengung der Bronchien die Atemmuskulatur erheblich belasten, so dass es hier in noch stärkerem Ausmaß zu einer verringerten Atmung kommt. Diese äußert sich ebenfalls in einer Minderaufnahme von Sauerstoff, vor allen Dingen aber auch in der fehlenden Abgabe von Kohlensäure. Zur Therapie solcher Störungen steht immer die Behandlung der verursachenden Erkrankung im Vordergrund. In bestimmten Fällen kann man auch Sauerstoff zuführen, um die mangelnde Sauerstoffversorgung im Körper zu verbessern. Ein Überschuss an Kohlensäure im Blut (Hyperkapnie) kann durch die Anwendung von Beatmungsgeräten (auch zu Hause über eine Nasenmaske) wirksam behandelt werden.