Dýchání a krevní objem
Dýchání
K dýchání hmyz používá systém vzdušnic (trachejí) otevřených na straně hrudi a zadečku stigmaty (průduchy). Vzduch se dostává k vnitřním tkáním pomocí postupně se rozvětvující sítě tohoto tracheálního systému. Na každý tělový segment obvykle připadá jeden pár tracheálních trubic. Tak mají některé druhy vzdušnice v osmi segmentech zadečku a dvou hrudních segmentech (omezených na mesothorax a metathorax). Některé skupiny hmyzu mají redukovaný počet stigmat a některý létající hmyz nemá žádné průduchy v segmentech zadečku. Jedná se tu také o fyzikální limit týkající se tlaku na stěny vzdušnic, kterým jsou přes vyztužení chitinovými páskami schopny odolat bez zhroucení, a to je také jeden z důvodů proč je hmyz tak relativně malý. Vzdušnice mají svaly řízené záklopky, umožňující hmyzu vyhnout se utopení pod vodu nebo zabránit vysušení. Průduchy mají často chloupky, které pomáhají filtrovat vstupující vzduch.
Dýchání je primárně pasivní postup. Výměna vzduchu je regulována a kontrolována svaly a může být zvýšena. U vodního hmyzu se pak vyvinula další modifikace, která mu umožňuje dýchání pod vodou. Tak nalezneme u některých vodních brouků a jiného vodního hmyzu schopnost udržet si na zvláštním povrchu vzduchovou bublinu (fyzikální žábry). Další druhy využívají k dýchání objemově stálý plastron nebo dýchací trubičky. Především hmyzí larvy, které tráví svůj vývoj ve vodě, se zřekly dýchání pomocí vzdušnic a kyslík přijímají žábrami nebo celým tělem.
Krevní oběh
Oběhová soustava hmyzu je, stejně jako u jiných členovců otevřená: funkci srdce zastává velká hřbetní céva, která pumpuje krvomízu (hemolymfa) směrem dopředu k mozkovým gangliím, odkud se hemolymfa dostává dále do celého těla, kde volně omývá vnitřní orgány a je rozváděna i do křídel. Její zpětná cirkulace se zajišťuje pomocí otvorů po stranách hřbetní cévy. Ty se při uvolnění otevírají a nasávají hemolymfu zpět z tělní dutiny do hřbetní cévy. Hemolymfou jsou na rozdíl od krve rozváděny pouze živiny a nikoliv kyslík.
Podobně jako někteří jiní bezobratlí, nedokáže hmyz syntetizovat cholesterol a musí ho přijímat ve stravě. Nehledě k několika málo výjimkám, vyžadují také ve své stravě dlouhé řetězce mastných kyselin. Nedostatek těchto mastných kyselin vede u hmyzu k zpoždění jejich vývoje nebo k deformacím.
Některé skupiny hmyzu, jako např. Chironomidae, mají během svého larválního stadia v krvi pravé krevní barvivo podobné hemoglobinu. Jejich průdušnice jsou následkem toho často redukovány, neboť jejich tělo může pohlcovat kyslík přímo z vody, což jim dovoluje žít např. v bahnu, kde je hladina kyslíků nízká.
U jistého druhu ploštic jsou tři páry průduchů pokryty blánou citlivou na tlak, která jim pomáhá určit jejich polohu ve vodě. Poslední břišní průduch a přidružená průdušnice jisté motýlí housenky je upravena v průdušnicovou plíci adaptovanou na hemocytální výměnu plynů. Krátké tracheoly z této průdušnice končí v uzlech v buňkách bazální membrány.
Madagaskarští syčící švábi používají při ohrožení průduchy na hlasité vypouštění vzduchu.
V haemocoelu zadečku některých druhů hmyzu se nachází rozptýlená tkáň nazývaná tukové tělísko. To má význam pro akumulaci energie a metabolické procesy a funguje u hmyzu podobně jako játra.