Позже стали появляться научные, фундаментальные исследования по газообмену, физиологии и патологии дыхания. Огромный вклад в исследование дыхания внес И. М. Сеченов, исследовавший газообмен в течение длительного времени. В последующие годы В. И. Пашутин создал учение о кислородном голодании, а П. М. Альбицкий установил зна-чение фактора времени в развитии гипоксии.

Исследования XX в. в области анатомии, физиологии, биохимии дыхания, создание теории функциональных систем и изучение механизмов адаптации способствовали появлению различных методик по коррекции нарушений функции дыхания и газообмена.

В первой половине XX в. дыхательные упражнения чаще использовались при заболеваниях органов дыхания, а также в профессиональной подготовке певцов, дикторов, учителей и спортсменов. Наиболее известными в то время были системы трехфазного дыхания, разработанные Лео Кофлером, Ольгой Лобановой и Евгенией Лукьяновой.

Исследования метаболизма химических веществ в организме человека привели к изобретению новых методик гиперкапнических тренировок и открыли новый аспект дыхательных упражнений.

Изобретение и усовершенствование аппаратов искусственной вентиляции легких, применение в спортивной медицине аквалангов и в профессиональной патологии респираторов и противогазов открыли новый аспект тренировок дыхания. Была установлена возможность применения дополнительного сопротивления дыханию для улучшения вентиляции, газо-обмена, а также использования дополнительного дыхательного пространства, компьютерных программ биологической обратной связи, электростимуляции диафрагмы и многое другое.

Во второй половине XX в. роль дыхательной гимнастики в оздоровлении человека приобрела особую значимость. В это время было разработано множество методик, нашедших широкое применение как в традиционной, так и в нетрадиционной медицине. Наиболее известными и широко используемыми стали дыхательные методики А. Н. Стрельниковой, К. П. Бутейко, В. Ф. Фролова, С. Грофа, Н. А. Агаджаняна и Ю. Буланова.