Fische scheinen dauernd zu trinken oder zu fressen. Jedenfalls bewegen sie in kurzen Intervallen das Maul. Ein Wasserstrom wird gegen die Maulöffnung hin bewegt. Er wird aber nicht dem Magen zugeführt, sondern strömt hinter den Kopf des Tieres unter den Kiemendeckeln wieder aus. So atmet der Fisch. Unter den schützenden Knochendeckeln, welche bei den meisten Fischen sehr gut zu erkennen sind, liegen die Unterwasseratemorgane - die Kiemen.

Fische haben einen geschlossenen Blutkreislauf mit einem nahe an den Kiemen gelegenen einfachen Herzen. Es besteht aus einem Vorhof und einer Herzkammer. Es pumpt das Blut direkt zu den Kiemen. Die Kiemen bestehen aus einer grossen Zahl fein gerippter Hautblättchen, welche auf den Kiemenbogen sitzen. Diese Blättchen sind mit ganz feinen Blutbahnen (Kapillaren) durchzogen. Ihre intensive rote Farbe verrät, dass sie reich durchblutet sind. Sichtbar werden sie erst nach abheben des Kiemendeckels.

Die Kiemen nehmen über ihre grosse Oberfläche gelösten Sauerstoff aus dem vorbeiströmenden Wasser auf und geben ihn an das Blut weiter. Gleichzeitig geben sie Kohlendioxid ab. Ein Fisch kann über seine Kiemen bis zu 70% des verfügbaren Sauerstoffs aufnehmen.

Bei Knochenfischen sind die Kiemenspalten durch hornartige Kiemendeckel verdeckt. Durch die Absenkung des Mundbodens und das gleichzeitige Abheben des Kiemendeckels kommt es zu einem Einstrom von Wasser durch das Maul. Membrane an den Kiemendeckeln verhindern das Einströmen des Wassers. Beim Auspressen schliesst sich im vorderen Maulbereich eine Klappe und das Wasser wird durch die Kiemenspalten nach hinten ausgepresst. Knorpelfische, deren Kiemenspalten von aussen sichtbar sind, müssen sich dagegen ständig mit geöffnetem Maul bewegen, damit das Wasser an den Kiemen entlangströmt.

Bei einigen Knochenfischen (beispielsweise Aale) ist die Kiemenhöhle nur durch einen kleinen Spalt nach aussen geöffnet. Dadurch bleiben die Kiemen auch ausserhalb des Wassers eine gewisse Zeit feucht und deshalb funktionsfähig.