Après une expiration normale, le thorax se trouve dans une position d'équilibre, dite aussi position de relaxation. Au cours d'une inspiration normale (au repos). 0,5 l d'air environ (volume courant) pénètre dans les poumons. A ce volume courant peuvent s'ajouter 2,5 l d'air environ lors d'une inspiration forcée (volume de réserve inspiratoire). Inversement, à partir de la position d'équilibre. 1,5 l d'air au maximum peut encore être expiré (volume de réserve expiratoire). Ces deux volumes de réserve sont sollicités lorsque, lors d'un exercice physique par exemple, le volume courant de repos ne suffit plus pour assurer les échanges gazeux nécessaires.
Le volume résiduel est le volume de gaz qui reste dans les poumons à la fin d'une expiration forcée. Les sommes de ces différents volumes pulmonaires correspondent aux capacités. La capacité vitale est définie comme étant le volume d'air mobilisé lors d'une expiration forcée qui suit une inspiration forcée, donc comme étant la somme des volumes suivants : volume courant + volume de réserve inspiratoire + volume de réserve expiratoire (environ 4.5 à 5,7 l pour un jeune homme mesurant 1,80 m). La capacité pulmonaire totale (≈ 6 l) comprend en plus le volume résiduel, alors que la capacité résiduelle fonctionnelle est la somme du volume de réserve expiratoire et du volume résiduel.
A l'exception du volume résiduel et des capacités qui le contiennent, toutes les grandeurs indiquées ci-dessus peuvent être mesurées à l'aide d'un spiromètre. Cet appareil est constitué d'une enceinte étanche remplie d'eau, dans laquelle est renversée une cloche. La poche d'air ainsi délimitée est munie d'un conduit par lequel sort l'air et qui est relié aux voies respiratoires du sujet. L'équilibre de la cloche est assuré par un contre-poids. La position de la cloche, qui est étalonnée en unités de volume (litres), renseigne sur le contenu gazeux du spiromètre. Lorsque le sujet respire dans le spiromètre (expiration), la cloche se soulève et, lorsqu'il est en inspiration, elle descend.
Si l'appareil est doté d'un cylindre enregistreur avec stylet inscripteur, il s'agit d'un spirographe. On peut ainsi mesurer le débit ventilatoire VT, donc le volume inspiré ou expiré par minute. On utilise également le spirographe pour mesurer la compliance et la consommation d'oxygène, lors des tests dynamiques de la respiration, etc.
Il faut souligner que les volumes et capacités indiqués plus haut varient considérablement d'un sujet à l'autre en fonction de l'âge, de la taille, de la constitution, du sexe et de la condition physique. Ainsi, la capacité vitale peut aussi bien atteindre 2,5 ou 7 l sans que cela soit pathologique. Pour pouvoir utiliser une partie au moins de ces facteurs, on fait appel à des formula empiriques de normalisation. Les valeurs normales de capacité vitale (CV) des Européens sont par exemple :
h désignant la taille en m, a l'âge en années et la valeur entre parenthèses représentant l'écart type. Même ainsi, on peut encore enregistrer des écarts relativement importants par rapport à la norme. Les mesures des volumes pulmonaires sont d'autant plus probantes que le nombre de mesures effectuées sur la même personne est plus élevé avec, par conséquent, un enregistrement des variations (par exemple lors de la surveillance de l'évolution d'une maladie pulmonaire).
Le volume V [l] d'une quantité de gaz n [mol] dépend de la température absolue T [K] et de la pression totale P [kPa], c'est-à-dire de la pression barométrique PB diminuée de la pression de vapeur d'eau PH2O :
V = n * R * T/P,
ou R = la constante des gaz parfaits =
8.31 J * K-1 * mol-1.
On fait une distinction entre les conditions suivantes :
ce qui donne :
VSTPD = n * R * 273/101
VATPS = n * R * Tamb/(PB - PH2O)
VBTPS = n * R * 310/(PB - 6.25)
VSTPD/VBTPS par exemple est alors égal à
(273/310) * (PB - 6,25/101)