Нервная регуляция процесса дыхания осуществляется благодаря особому дыхательному центру, расположенному в головном мозге (продолговатом мозге). Дыхательный центр имеет отделы вдоха и выдоха. Причём вдох и выдох рефлекторно стимулируют друг друга.
От центра вдоха импульсы поступают к дыхательным мышцам (которые приподнимают рёбра и опускают диафрагму). Происходит вдох. От дыхательных мышц импульсы поступают в дыхательный центр по блуждающему нерву и тормозят центр вдоха. Происходит выдох.
Возможность произвольно изменять частоту и глубину дыхательных движений (дышать медленнее или чаще, задержать дыхание, дышать поверхностно или глубоко) объясняется контролирующим влиянием на процесс дыхания коры больших полушарий головного мозга.
На активность дыхательного центра влияет целый ряд веществ, действующих гуморально. Например, в стенках многих сосудов расположены рецепторы, возбуждающиеся при повышении содержания углекислого газа в крови. От них импульсы передаются в дыхательный центр, вызывая учащение дыхания. Увеличение концентрации углекислого газа в крови возбуждает дыхательный центр и вызывает учащение и углубление дыхания.