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環境中の空気の組成は、約78%の窒素、約21%の酸素、約1%のアルゴン、そして微量の二酸化炭素、ネオン、メタン、ヘリウム、クリプトン、水素、キセノン、オゾン、二酸化窒素、ヨウ素、一酸化炭素、アンモニアなどです。 したがって、大気圧が760mmHgであることが知られている海面上では、各種ガスの分圧は、窒素が約593mmHg、酸素が約160mmHg、アルゴンが約7.6mmHgと推定できる。 しかし、これらの分圧は、肺胞内での拡散に利用できる分圧を正確に反映したものではない。 上気道から吸い込まれた空気は、肺路で温められ、加湿される。 その結果、大量の水蒸気が発生し、酸素を含む他の気体の分圧が調整されるのである。 肺胞から直接ガスを採取することはできません。 肺胞ガス方程式は、肺胞内の酸素分圧を計算し、正確に見積もるのに非常に役立ちます。

• PAO2 = (Patm – PH2O) FiO2 – PaCO2 / RQ

PAO2は肺胞内の酸素分圧で、Patmは760mmHgに相当する海面上の大気圧です。 PH2Oは、約45mmHgに等しい水の分圧です。 FiO2は、吸入酸素分圧である。 PaCO2は肺胞内の二酸化炭素分圧であり、通常の生理状態では約40〜45mmHgであり、RQ（呼吸商）である。 FiO2は、吸入空気中の酸素のパーセント組成に直接関係します。 海面上でのサポートなしの場合、これは21％または0.21です。 しかし、1リットルの補助酸素を吸入すると、この値は約4％（0.04）増加します。 したがって、2 リットルの補助酸素を使用すると、海面上での FiO2 が 8% (0.08) 増加し、29% (0.29) になります。 RQ の値は、食事の種類や代謝の状態によって変化します。 一般的な人間の食事の場合、標準的な値は 0.82 です。 また、海面上では吸入酸素を補充しない場合、肺胞酸素分圧（PAO2）は次のようになります：

• PAO2 = (760 – 47) 0.21 – 40 / 0.8 = 99.7 mm Hg

この肺胞酸素分圧は、酸素が肺胞膜を越えて肺毛細血管壁を通り、動脈血流や赤血球に拡散して全身に運ばれ、末梢組織に入るための原動力となります。

• A-a oxygen gradient = PAO2 – PaO2

PaO2は動脈血ガスを用いて測定し、PAO2は上記のように計算します。 勾配が大きいほど、病変によって毛細血管への酸素の移動が妨げられ、全身の酸素分圧に影響を与えていることを示しています。 組織に必要な酸素分圧は、組織の代謝要求に応じて変化します。 脳には少なくとも35mmHg以下の酸素分圧が必要であることがわかっている。 グルコースの好気性代謝によるエネルギー生産が効率的に行われないため、精神機能に影響が出る。 皮膚には通常、表面からの皮膚層の深さに応じた分圧スペクトルがあります。 深さ5〜10μmの皮膚の表層部は、酸素分圧が約5.0〜11mmHg。 深さ45～65マイクロメートルの皮膚乳頭では、通常18～30mmHgの酸素分圧となり、深さ100～120マイクロメートルの毛細血管下叢では、約27～43mmHgの酸素分圧となります。 腸も酸素分圧が変化し、小腸の漿膜部分では53.0～71.0mmHgとなります。 肝臓の酸素分圧を調べたところ、2つのグループの中央値は42.04mmHgと34.53mmHgと、ややばらつきのある結果が出ています。 腎臓は、ネフロンの再吸収システムの活発な輸送プロセスに関わる高いエネルギーとそれに伴う代謝需要のために、高い酸素要求量を持つもう一つの器官系を構成しています。 そのため、髄質の酸素分圧は10～20mmHg、皮質では52～92mmHgが必要とされます。 筋肉の酸素要求量は、筋肉の活動強度や活動時間に応じて大きく変化します。 ベースライン時の筋肉の酸素分圧は27mmHg～31mmHgです。 様々な組織で酸素が消費される過程で、血液中の酸素濃度が低下し、動脈血の100mmHgが静脈血では40mmHgにまで低下します。