Условно подразделяется на непроизвольный (метаболический, или химический) и произвольный (поведенческий). Метаболический может быть подавлен в течение относительно короткого времени произвольными задержками дыхания или произвольной гипервентиляцией легких, но затем его доминирование восстанавливается. Он организуется в основном стволовыми структурами мозга и определяется в первую очередь динамикой изменения парциального давления СО2 в крови, содержанием кислорода, рН и других метаболитов. Вышележащие отделы мозга, таламус и кора больших полушарий участвуют в регуляции дыхательных движений во время разговора, пения, кашля, повышения температуры тела и пр.
Основные центры, обеспечивающие непроизвольные дыхательные движения, расположены в продолговатом мозге и в пневмотаксическом центре моста. Главную роль в организации дыхательного ритма играют нейрональные сети ядра солитарного тракта (ЯСТ) продолговатого мозга, лежащего дорсально вблизи выхода 9-й пары черепно-мозговых нервов, и расположенная вентрально и ниже группа нейронов двойного ядра. Дорзальная группа нейронов разряжается преимущественно во время вдоха, а в вентральных скоплениях находятся нейроны, активирующиеся как во время выдоха, так и во время вдоха. Эфферентные волокна от дорзальных и вентральных скоплений нейронов продолговатого мозга спускаются контралатерально в соответствующие зоны спинного мозга и управляют работой мотонейронов дыхательных мышц.
Произвольный контроль дыхательных движений осуществляется другой системой аксонов. Афферентные волокна от периферических барои хеморецепторов, легочных механорецепторов заканчиваются в ЯСТ.
Организация взаимодействия нейронов различных зон дыхательного центра пока окончательно не выяснена. В сети нейронов ЯСТ имеется, по-видимому, группа тонически активных нейронов, которая за счет тормозно-возбуждающих связей обеспечивает последовательную активацию экспираторных и инспираторных интернейронов. Переход от вдоха к выдоху контролируется также пневмотаксическим центром, расположенным в мосту. Торможение активности пневмотаксического центра приводит к значительному удлинению вдоха (апнейзис). Этот центр, по-видимому, имеет входы от корковых нейронов.