По кровеносным сосудам осуществляется движение крови по организму. Среди сосудов различают артерии, артериолы, капилляры, венулы, вены и артериоло-венозные анастомозы. Процесс обмена между кровью и тканями осуществляется в микроциркуляторном русле, в которое входят мелкие сосуды. Замкнутая система кровообращения образует круги кровообращения. У человека различают два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и заканчивается в правом предсердии. Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке и оканчивается в левом предсердии. Большой круг кровообращения обеспечивает доставку крови ко всем органам и тканям, а малый круг кровообращения циркулирует через легкие, где происходит обогащение крови кислородом. Адаптация сердечно-сосудистой системы к регулярным физическим нагрузкам происходит в течение длительного времени. Под воздействием регулярных тренировок низкой интенсивности объем сердца может быть увеличен на 30–40 %.
После начала задержки дыхания происходит постепенное повышение парциального давления углекислого газа и снижение парциального давления кислорода в артериальной крови. Повышение парциального давления углекислого газа приводит к возникновению позыва на вдох. Он вызван раздражением «дыхательного центра», который находится в продолговатом мозге, и чем длиннее задержка дыхания, тем сильнее позыв на вдох. Говоря простым языком, головной мозг посылает команды на вдох к дыхательным мышцам, но вдоха не происходит, поэтому они продолжают повторяться до тех пор, пока человек не прекратит задержку дыхания. Позывы на вдох абсолютно безопасны и безвредны, наоборот, увеличение концентрации углекислого газа в артериальной крови приводит к усилению кровотока в головном мозге.
По данным литературы, после максимального вдоха в легких находится около 1000 мл кислорода, в крови – не более 1000 мл, в тканевых пространствах – 250–300 мл. В скелетных мышцах содержится 200–300 мл кислорода в связанном состоянии. Таким образом, запас кислорода несколько превышает 2500 мл. Наибольшую долю в кислородные запасы организма вносит жизненная ёмкость лёгких. Регулярные тренировки приводят к выраженным адаптационным процессам для увеличения кислородных запасов. Жизненная емкость легких у фридайверов превышает среднестатистическую норму. На протяжении всей задержки дыхания происходит снижение парциального давления кислорода в артериальной крови, но человек не чувствует в связи с этим никакого дискомфорта. Лишь в конце человек может почувствовать симптомы снижения парциального давления кислорода, но при правильно выполненной задержке дыхания такого не должно происходить. При регулярных тренировках организм адаптируется к снижению напряжения кислорода и становится способен потреблять его более экономично и эффективно, что позволяет увеличить длительность задержки дыхания.