Sauerstoff und Kohlendioxid lösen sich in Wasser auf, und die meisten Fische tauschen gelösten Sauerstoff und Kohlendioxid in Wasser mittels der Kiemen aus. Die Kiemen liegen hinter und an der Seite der Mundhöhle und bestehen aus fleischigen Filamenten, die von den Kiemenbögen getragen und mit Blutgefäßen gefüllt werden, die Kiemen eine leuchtend rote Farbe verleihen. Wasser, das kontinuierlich durch den Mund aufgenommen wird, fließt rückwärts zwischen den Kiemenstangen und über die Kiemenfilamente, wo der Austausch von Gasen stattfindet., Die Kiemen sind durch eine Kiemenabdeckung in Teleosts und vielen anderen Fischen geschützt, aber durch Hautlappen in Haien, Rochen und einigen der älteren fossilen Fischgruppen. Die Blutkapillaren in den Kiemenfilamenten befinden sich in der Nähe der Kiemenoberfläche, um Sauerstoff aus dem Wasser aufzunehmen und überschüssiges Kohlendioxid an das Wasser abzugeben.

Die meisten modernen Fische haben ein hydrostatisches (Ballast -) Organ, die Schwimmblase, die in der Körperhöhle direkt unter der Niere und über dem Magen und Darm liegt. Es entstand als Divertikel des Verdauungskanals., In fortgeschrittenen Teleosts, insbesondere den Akanthopterygianern, hat die Blase ihre Verbindung mit dem Verdauungstrakt verloren, ein Zustand, der als physioklistisch bezeichnet wird. Die Verbindung wurde von vielen relativ primitiven Teleosts beibehalten (physostom). In mehreren nicht verwandten Fischlinien hat sich die Blase als Lunge oder zumindest als stark vaskularisiertes Zubehöratmungsorgan spezialisiert. Einige Fische mit solchen Zubehörorganen sind obligatorische Luftatmer und ertrinken, wenn ihnen der Zugang zur Oberfläche verweigert wird, selbst in gut mit Sauerstoff angereichertem Wasser., Fische mit einer hydrostatischen Form der Schwimmblase können ihre Tiefe kontrollieren, indem sie die Gasmenge in der Blase regulieren. Das Gas, hauptsächlich Sauerstoff, wird von speziellen Drüsen in die Blase ausgeschieden, wodurch der Fisch lebhafter wird; Das Gas wird von einem anderen speziellen Organ in den Blutkreislauf aufgenommen, wodurch der Gesamtauftrieb verringert und der Fisch sinken kann. Einige Tiefseefische können eher Öle als Gas in der Blase haben. Andere Tiefsee-und einige bodenlebende Formen haben stark reduzierte Schwimmblasen oder haben das Organ vollständig verloren.,

Die Schwimmblase von Fischen folgt dem gleichen Entwicklungsmuster wie die Lunge von Landwirbeltieren. Es besteht kein Zweifel, dass die beiden Strukturen den gleichen historischen Ursprung in primitiven Fischen haben. Mehr oder weniger Zwischenformen überleben immer noch unter den primitiveren Fischarten, wie den Lungenfischen Lepidosiren und Protopterus.