人吸入的氧气经过呼吸道（鼻腔或口腔、咽、喉、气管、支气管）进入肺部，随后通过气体扩散作用进入血液。在肺泡和毛细血管之间，由于氧气的分压高于血液中的分压，氧气会穿过肺泡壁和毛细血管壁进入血液。

进入血液后，大部分氧气会与红细胞内的血红蛋白结合形成氧合血红蛋白，少量氧气则以物理溶解的形式存在于血浆中。被运输到全身各处的组织和器官，在这些地方，由于组织细胞周围的氧气分压低于血液中的氧气分压，氧合血红蛋白会在微循环中释放出氧气，然后氧气通过扩散作用进入组织细胞。

在细胞内部，氧气参与线粒体内的有氧呼吸过程，即糖类、脂肪等有机物在细胞内彻底氧化分解为二氧化碳和水，并释放能量的过程。这一过程产生的能量是人体进行各种生命活动的主要动力来源。