为鸟类所特有。完整而准确的过程目前还不是十分清楚。一般认为其基本过程如下：当鸟类吸气时，气流经中支气管后，一部分气流直接到达（这部分气体并未进行气体交换）后气囊，另一部分气体经次级支气管再通过三级支气管，并在三级支气管处进行气体交换，交换后的气体再到达前气囊。呼气时，前气囊中的气体经大气管直接排出，后气囊中的气体（富含氧）经次级支气管再通过三级支气管并在此进行第二次气体交换，然后再经大气管排出体外。由此可见，鸟类的呼吸过程中，在吸气和呼气过程中，在肺的呼吸部（即三级支气管所在处）均有气体交换，且在呼吸部的气流是单向的，也就是说，一次呼吸过程中有两次气体交换，故称双重呼吸。它是鸟类对飞行中需要较多的氧的一种适应的结果。双重呼吸存在于鸟类的飞行中，在不飞行时的呼吸则与爬行类相似，即通过改变胸腔的体积呼吸，而在飞行中其胸腔的体积是不改变的，而主要由气囊的帮助进行双重呼吸。它既有高效的呼吸效能，同时能散掉飞行中所产生的大量的热，以维持飞行中的正常体温。