A troca gasosa ocorre nos alvéolos pulmonares por difusão simples, através da membrana alvéolo-capilar. O oxigênio presente no ar inspirado difunde-se dos alvéolos para os capilares pulmonares, enquanto o dióxido de carbono, proveniente do metabolismo celular, realiza o caminho inverso. Esse processo depende do gradiente de pressão parcial dos gases: o O2 tem maior pressão nos alvéolos e o CO₂ tem maior pressão no sangue venoso. No caso do paciente, esse processo está comprometido devido à inflamação e presença de líquido nos alvéolos, o que dificulta a difusão dos gases e resulta em hipoxemia.