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Les poissons respirent généralement grâce à des branchies localisées de part et d'autre du pharynx. Les branchies sont constituées de filaments contenant un réseau de capillaires sanguins, dont la grande surface développée facilite l'échange du dioxygène et du dioxyde de carbone.

Les poissons pompent l'eau par la bouche, puis la font circuler sur les branchies. Le sang dans les capillaires sanguins s'écoule dans la direction opposée à celle de l'eau, permettant ainsi un échange à contre-courant ; l'eau appauvrie en dioxygène est ensuite expulsée par les ouvertures situées latéralement par rapport au pharynx.

Certains poissons, comme les requins et les lamproies, possèdent de multiples fentes branchiales, mais la plupart des espèces ne possèdent que deux ouvertures — une de chaque côté du corps — appelées ouïes, protégées par un opercule osseux.

Certaines espèces, tels les dipneustes, possèdent des poumons plus ou moins rudimentaires qui leur permettent de survivre en respirant hors de l'eau dans des mares appauvries en dioxygène ou régulièrement asséchées.