พืชน้ำเช่นพวกสาหร่ายซึ่งมีใบและลำต้นบางมาก สามารถดูดเอาออกซิเจนจากน้ำได้โดยตรง แต่พืชบกต้องประสบปัญหาเกี่ยวกับความแห้งแล้งของอากาศ ดังนั้นพืชบกจึงมีลำต้นหนาและแข็งแรงมาก และมีอวัยวะพิเศษ คือ อวัยวะหายใจที่ทำหน้าที่นำก๊าซออกซิเจนจากอากาศไปให้พืชใช้หายใจ อวัยวะหายใจอาจพบได้ทั้งที่ใบ ลำต้น และราก
ใบมีเยื่อบุผิวนอก (epidermis) หุ้มไว้ทั้งทางด้านหลังใบและท้องใบและมีสารคล้ายขี้ผึ้งห่อหุ้มผิวด้านนอกของเยื่อบุผิวนี้อยู่บางๆ เรียกว่าคิวติเคิล (cuticle)สารนี้มีลักษณะค่อนข้างแห้ง และไม่ดูดน้ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันไม่ให้น้ำระเหยออกไปจากใบได้โดยง่าย ถ้าไม่มีสารดังกล่าวหุ้มไว้ พืชอาจแห้งและเฉาตายได้โดยง่าย อย่างไรก็ตามบริเวณที่คิวติเคิลหุ้มอยู่ก็ไม่สามารถที่จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซที่หายใจและสังเคราะห์แสงได้ดี เพราะเป็นบริเวณที่แห้ง อวัยวะหายใจของพืชสีเขียวมักจะพบอยู่ทางด้านท้องใบ มีลักษณะเป็นรูเปิด เรียกว่า "ปากใบ" (stoma พหูพจน์ stomata) ถัดปากใบขึ้นไป มีช่องว่างระหว่างกลุ่มของเซลล์ ซึ่งเรียกว่า เซลล์เมโสฟิลล์(mesophyll cells) ช่วยให้อากาศที่ผ่านเข้าไปแทรกซึมไปทั่วทุกส่วนของใบได้โดยง่าย ภายในเซลล์ของกลุ่มเซลล์เหล่านี้ มีคลอโรฟิลล์อยู่ด้วย จึงสามารถสังเคราะห์แสงเพื่อสร้างอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรตให้แก่พืชได้ เมโสฟิลล์ของใบแบ่งเป็น ๒ ชั้น ชั้นล่างเรียกว่า สปันจี เมโสฟิลล์ (spongy mesophyll) เซลล์ในชั้นนี้อยู่กันห่างๆ มีช่องว่างสำหรับอากาศผ่านและมีคลอโรฟิลล์อยู่น้อย ส่วนชั้นบนเรียกว่า พาลิเสด เมโสฟิลล์ (palisademesophyll) มีเซลล์อยู่กันค่อนข้างหนาแน่น รูปร่างค่อนข้างยาวและมีคลอโรฟิลล์อยู่หนาแน่นกว่าในชั้นล่าง ใบของพืชสีเขียวแต่ละใบจะมีปากใบกระจัดกระจายอยู่ทางด้านท้องใบมากมาย เมื่อรวมแล้วเนื้อที่ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซในใบแต่ละใบจึงมีอยู่ไม่น้อย
ที่บริเวณสองข้างของปากใบแต่ละอัน มีเซลล์อยู่คู่หนึ่งทำหน้าที่ควบคุมการปิดเปิดของปากใบเรียกว่า "เซลล์คุม" (guard cells) เซลล์นี้มีลักษณะแตกต่างจากเซลล์ของเนื้อเยื่อชั้นเอปิเดอร์มิส เพราะมีความชุ่มชื้นมากกว่า ปากใบไม่มีคิวติเคิลฉาบไว้ และมีคลอโรฟิลล์อยู่ด้วย ดังนั้นจึงเป็นบริเวณที่มีการแลกเปลี่ยนก๊าซที่ใช้หายใจและสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น เมื่อก๊าซผ่านปากใบเข้าไปแล้ว ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอะไรเกิดขึ้นเป็นพิเศษเลยเพราะก๊าซนั้นจะผ่านเข้าสู่ช่องว่างภายใน และผ่านเข้าไปถึงเซลล์ข้างในใบทุกเซลล์ได้โดยทั่วถึง เซลล์คุมมีรูปร่างคล้ายๆ กับเมล็ดถั่ว ขอบของผนังเซลล์ด้านที่อยู่รอบๆ ปากใบหนามากกว่าด้านนอก เวลากลางวันเมื่อเซลล์คุมได้รับน้ำมากก็จะพองออก ผนังเซลล์ด้านบางยืดตัวได้มากกว่าด้านหนา ทำให้เซลล์คุมแยกออกจากกัน เป็นผลให้ปากใบเปิด และเกิดมีการแลกเปลี่ยนก๊าซขึ้นที่ปากใบ พืชก็ได้คาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศสำหรับสังเคราะห์แสงเวลากลางคืนหรือในที่มืด เซลล์คุมก็จะเสียน้ำทำให้เซลล์หดตัว ผนังเซลล์ด้านในที่หนาก็จะหดมาอยู่ชิดกัน ปากใบจึงปิด นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานกันว่าการที่เซลล์คุมได้รับน้ำมากในเวลากลางวัน เพราะเซลล์คุมทำการสังเคราะห์แสง ทำให้มีน้ำตาลเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสารภายในเซลล์คุมก็สูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงซึ่งมีความเข้มข้นของสารน้อยกว่ามาก จึงซึมผ่านเข้าสู่เซลล์คุม ทำให้เซลล์พองตัวและปากใบเปิด ในที่มืดเซลล์คุมไม่สังเคราะห์แสงระดับน้ำตาลในเซลล์คุมลดต่ำลง ทำให้สูญเสียน้ำภายในเซลล์ทำให้เซลล์หดตัว ผนังเซลล์ตอนกลางที่หนากว่ามาชิดกัน ปากใบจึงปิด นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่ามีฮอร์โมนพืช ๒ ชนิด คือ กรดแอบซิสสิค (abscissic acid) สร้างออกมาในที่มืดมีผลทำให้ปากใบปิด และไซโตไคนิน (cytokinin) สร้างออกมาในที่สว่าง มีผลกระตุ้นให้ปากใบเปิด
