Организмдердің эволюция барысында өте жоғары деңгейде тыныс алу жүйесі дамыды. Көптеген омыртқасыз жануарларда, мысалы ішекқуыстыларда, жалпақ және жұмыр құрттарда арнайы тыныс алу мүшелелері болған жоқ. Олардың сыртқы ортамен газ алмасуы бүкіл денесі арқылы жүрді. Алғашқы тыныс алу мүшесі теңіздегі буылтыққұрттар мен судағы буынаяқтыларда пайда болды. Олар денелерінің екі бүйірінде орналасқан қантамырларға бай желбезек тесіктері арқылы жүзеге асты. Моллюскалар мантия қуысында жетілген желбезек тақташалары арқылы тыныс алды. Дегенмен, құрлықтағы буынаяқтылардың денелерінде кеңірдек немесе жапырақ тәрізді өкпе пайда болып, сол арқылы тыныс алады.
Судағы хордалылардың тыныс алу жүйесі ішекпен байланысты, оның ең қарапайымдысы — қандаушаларда, олардың жұтқыншағының екі бүйірінде (ішектің алдыңғы бөлімі) орналасқан желбезек саңылаулары ішектің алдыңғы бөлімінің барлық жерін қамтиды және олар желбезек маңындағы қуысқа ашылады. Қүрлық омыртқаларында желбезек саңылаулары тек ұрық (эмбрион) кезінде ғана кездеседі, кейінірек жойылып кетеді. Олардың тыныс алуы өкпе арқылы жүзеге асады, ол өкпе ішек қабырғаларының томпиуынан пайда болады. Хордалылардың желбезек аппараттарының эволюциясы желбезек шашақтарының (жапырақшаларының) пайда болу бағытында дамыды. Балықтарда 4-7 желбезек қапшықтары дамыды, олар желбезек доғаларының арасындағы саңылаулар арқылы бөлініп, көптеген қантамырлары бар желбезектер шашақтарынан тұрады. Балықтарда тыныс алуға торсылдағы да қатысады.
Өкпенің эволюциясы тыныс алу көлемін ұлғайту бағытында дамыды, соның нәтежиесінде бронхылар мен бронхиолдар пайда болды. Алғаш өкпе қосмекенділерде кездесті, ол қуысты қалтаға ұқсас болды. Бірақ оларда тыныс алуға терісі де қатысады. Бауырымен жорғалаушыларда тыныс алу мүшелері одан әрі жетіле түсті. Яғни өкпесінің құрылысы күрделене түсіп, құрылысында ұсақ көптеген ұяшықтар мен бронхылар пайда болады. Құстардың өкпесі губка тәрізді, бронхалары ұсақ тармақтарға бөлінген.
Сүтқоректілердің тыныс алу жүйесі өте күрделі деңгейде дамыған. Өкпенің ары қарай жетілуімен қатар ауа жүретін жолдар өте жақсы дамыды. Бронхылардың екінші, үшінші және төртінші тармақтары, сонымен бірге бронхиолдар және альвеолдар да жақсы дамыды. Көкірек пен құрсақ қуысын бөліп тұратын көкет пайда болды. Жоғарғы деңгейдегі арнайы тыныс алу мүшелерінің болуы өкпеде (сыртқы тыныс алу) және ұлпаларда (ішкі тыныс алу) газ алмасуға өте қолайлы жағдай жасады. Көмекей шеміршектері пайда болды.
Тыныс алу жүйесінің эволюциясы атмосфералық ауа құрамы оттек пен көмірқышқылының мөлшерінің өзгеруіне тәуелді, себебі желбезек ауадағы газдың құрамына тәуелсіз болды, ал терімен тыныс алу желбезектің бұл кемшілігінің орнын толтыра алмады. Палеозойдың соңғы кезеңінен бастап, атмосферадағы оттегінің құрамы уақыттарға сәйкес тұрақсыз өзгеріп тұрды. Бірақта, осы тұрақсыздықтың анық шегін анықтай алмаса да, шамамен атмосфера құрамындағы оттегінің ең жоғарғы деңгейі 35%-ға дейін жеткен, содан кейін 15%-ға дейін төмендеген (қазіргі кезде 21%).
Оттегі мөлшерінің жоғары болуы және көмір қышқылының аз болуы өкпемен тыныс алуға өте қолайлы болып, осы кезеңдерде омыртқалылар құрлықты жаппай мекендей бастады. Сонымен қатар оттегінің құрамының өзгеру жиелігі, жануарлардың негізгі топтарының эволюциясына да әсер етті деген жорамал да бар.
