Po przejściu przez spiracle, powietrze dostaje się do podłużnego pnia tchawicy, ostatecznie dyfundując przez złożoną, rozgałęziającą się sieć rurek tchawicy, która dzieli się na coraz mniejsze średnice i dociera do każdej części ciała. Na końcu każdego rozgałęzienia tchawicy, specjalna komórka zapewnia cienki, wilgotny interfejs dla wymiany gazów pomiędzy powietrzem atmosferycznym a żywą komórką. Tlen w rurce tchawicy najpierw rozpuszcza się w płynie tchawicy, a następnie dyfunduje przez błonę komórkową do cytoplazmy sąsiedniej komórki. W tym samym czasie dwutlenek węgla, wytwarzany jako produkt odpadowy oddychania komórkowego, dyfunduje z komórki i ostatecznie z organizmu przez system tchawek.
Każda tchawica rozwija się jako wcięcie ektodermy podczas rozwoju embrionalnego. Aby zapobiec jej zapadaniu się pod ciśnieniem, cienki, wzmacniający „drut” z kutikuli (taenidia) wije się spiralnie przez błoniastą ścianę. Ta konstrukcja (podobna w budowie do węża grzejnika w samochodzie lub przewodu wydechowego w suszarce do ubrań) daje rurkom tchawicy zdolność do zginania i rozciągania się bez tworzenia zagięć, które mogłyby ograniczyć przepływ powietrza.
Brak taenidii w niektórych częściach systemu tchawicy pozwala na tworzenie się zapadających się worków powietrznych, struktur przypominających balon, które mogą przechowywać zapas powietrza. W suchych środowiskach lądowych, to tymczasowe zaopatrzenie w powietrze pozwala owadom na zachowanie wody poprzez zamknięcie spiral w okresach wysokiego stresu ewaporacyjnego. Owady wodne zużywają zmagazynowane powietrze podczas przebywania pod wodą lub wykorzystują je do regulacji pływalności. Podczas linienia, worki powietrzne wypełniają się i powiększają, gdy owad odrywa się od starego egzoszkieletu i rozbudowuje nowy. Między moltami, worki powietrzne zapewniają miejsce dla nowego wzrostu – zmniejszając objętość, ponieważ są one skompresowane przez ekspansję narządów wewnętrznych.
Małe owady polegają prawie wyłącznie na biernej dyfuzji i aktywności fizycznej dla ruchu gazów w systemie tchawicy. Jednak większe owady mogą wymagać aktywnej wentylacji systemu tchawicy (zwłaszcza, gdy są aktywne lub w stresie cieplnym). Osiągają to poprzez otwieranie niektórych spiracles i zamykanie innych podczas używania mięśni brzucha do naprzemiennego rozszerzania i kurczenia objętości ciała. Chociaż te pulsujące ruchy przepłukują powietrze z jednego końca ciała na drugi przez podłużne pnie tchawicy, dyfuzja jest nadal ważna dla dystrybucji tlenu do poszczególnych komórek przez sieć mniejszych rurek tchawicy. W rzeczywistości szybkość dyfuzji gazów jest uważana za jeden z głównych czynników ograniczających (wraz z masą egzoszkieletu), który ogranicza rozmiary owadów. Okresy w pradawnej historii Ziemi, jednak, takie jak karbon, charakteryzowały się znacznie wyższym poziomem tlenu (do 35%), co pozwoliło większym owadom, takim jak meganeura, wraz z pajęczakami, ewoluować.