Die Schleimhaut der oberen Atemwege, das sog. „Flimmerepithel“, stellt einen besonderen Schutz gegen die mit der Atmung eingedrungenen Fremdstoffe dar. Durch eine peitschenartige Bewegung von zilientragenden Zellen wird ein durch Becherzellen produzierter Schleimfilm ständig in Richtung Kehlkopf vorgeschoben. Eingedrungene Stoffe werden in diesem Schleimfilm festgehalten und abtransportiert. Man bezeichnet diesen Schutzmechanismus auch als mucoziliäre Clearance.

Bei akuten oder chronischen Erkrankungen der Atemwege ist dieser Mechanismus häufig eingeschränkt, da vermehrt dickflüssiger Schleim gebildet wird und/oder die Zilien in ihrer Anzahl vermindert sind. Durch die vermehrte Schleimansammlung wird schließlich ein Hustenreflex ausgelöst.

Eine Anwendung von Expektorantien ist sowohl bei akuten als auch bei chronischen bronchopulmonalen Erkrankungen, die mit einer Störung von Schleimbildung und -transport einhergehen, möglich. Dazu gehören unter anderem akute Schübe einer chronischen Bronchitis (Entzündung der Bronchialschleimhaut), Asthma bronchiale oder Mukoviszidose.

Das pulmonale Surfactant trägt aufgrund seiner oberflächenaktiven Wirkung dazu bei, dass die Alveolen beim Ausatmen nicht kollabieren. Da es erst ab der 35. Schwangerschaftswoche gebildet wird, kann das Fehlen des Surfactants bei Frühgeborenen zu einem Atemnotsyndrom führen. Bei einer drohenden Frühgeburt in der 28.-34. Schwangerschaftswoche wird die Lungenreifung und damit die Surfactantproduktion beim Fetus durch parenterale Gabe von Ambroxol angeregt. Darüber hinaus kann eine Anwendung auch nach der 36. Schwangerschaftswoche erfolgen, wenn eine ungenügende Lungenreifung beim Fetus festgestellt wird.

Unter pathologischen Umständen ist es möglich, dass die Alveolen miteinander verkleben und damit der Gasaustausch in der Lunge nicht mehr gewährleistet ist. Dieser als Atelektase bezeichnete Zustand kann unter anderem dann auftreten, wenn eine ungenügende Surfactantproduktion vorliegt oder die Bronchien durch angesammelten Schleim verlegt sind. Aus letzterem Grund erfolgt bei Intensivpatienten, die an einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung leiden, eine postoperative parenterale Gabe von Ambroxol.