Balıklar, suyun içinde yaşayan deniz canlılarıdır ve oksijeni solungaçları aracılığıyla alıp vererek solunum yaparlar. Her canlının organizmasında hücreler oksijen kullanır. Hücrenin içindeki maddelerin oksidasyonu ile ısı ya da enerji ve karbondioksit üretilir. Bu karbondioksitin oksijen ile değiştirilmesi gerekmektedir. Balıklardaki solunum sisteminde, su ile kan damarları arasında dış solunum ve kan ile dokular arasında iç solunum yapılmaktadır. Solunumda kullandıkları organları özel olarak gelişmiş olan solungaçlardır. Solungaçlar, kemikli balıklarda iki tarafta dört solungaç yayı üstünde, lampiridlerde yedi solungaç yayı üstünde gelişmiştir. Solungaç boşluğunda yerleşen solungaçlar, çoğunlukla operkulum adı verilen bir örtüyle korunur. Bir solungaç yayında konkav tarafında sayıları ve büyüklüğü türlere göre değişiklik gösteren solungaç dikenleri, diğer tarafta kılcal kan damarlarıyla donatılan solungaç lamelleri bulunur.

Dış solunumda, suda erimiş olan oksijenin kan tarafından alınması ve kanda bulunan karbondioksitin suya verilmesi solungaç lamellerinde bulunan kan damarlarıyla sağlanır. Her solungaç yayında lameller çift sıralı olarak bulunur. Balıklar, solungaçlarının devamlı olarak nemli kalmasını sağlamak için ağızlarını sürekli olarak açıp kapatırlar. Bu sırada solungaç kapakları su sirkülasyonunu sağlamak ve solungaç boşluğunda devamını sağlamak için belirli aralıklarla açılır ve kapanır. Solungaç lamellerinin kılcal damarlarla donatılması nedeniyle, ağızdan giren suyun içinde bulunan oksijeni tutar ve dokulardan getirdiği karbondioksiti suyun içine bırakır. Bu sırada oksijeni alınan su açılan operkulumlar tarafından dışarıya atılır.

Solunum sırasında oksijenin alınması ve karbondioksitin verilmesi için solungaçların sürekli olarak nemli kalmaları gerekir. Bu yüzden balıklar suyun dışına çıkarıldığında, havada fazla miktarda oksijen bulunmasına rağmen, suyun dışında olan balıklar havasızlıktan etkilenerek boğulur ve ölürler. Balıkların solungaçları nemli olarak tutulursa, havada bulunan oksijeni kullanarak solunum yapabilirler. Bu yüzden bazı balık türleri, rutubetli yosunlar arasında tutulduğunda, canlı bir şekilde uzun mesafelere götürülebilir. Bu balıkların içinde yayın, Cyprinus carpio gibi türler vardır.

Kemikli balıkların çoğunda solunum, operkulum ile tutulan dört çift solungaç takımıyla sağlanırken, Lamperta fluviatilis türünde biraz daha farklıdır. Bu türde solungaç sayısı yedi çifttir ve üzerlerinde operkulum adı verilen kapak tek değildir. Solunumda kullanılan su, ağız boşluğunda bulunan bir kanalla solungaç boşluklarına girer ve burada gaz alışverişi olduktan sonra solungaç yarığı adı verilen yedi küçük delikten dışarı atılır. Balıklarda az aktif olan türler de bulunur. Bu yüzden vücut ısıları sürekli olarak değişken olur ve bulundukları çevreye bağımlılık doğar. Bu etki yüzünden, ılık sularda yaşayan akvaryum balıklarının ortamına birden çok soğuk derecedeki suyun karıştırılması halinde, balıklar vücutlarında ısı dengesini bu kadar kısa sürede kuramadıklarından, suyun yarattığı şok etkisiyle derhal ölürler.

Bazı balıklar oksijenli bataklık sularda, balçık içinde yaşadıkları için oksijenden iyi şekilde yararlanmak amacıyla solunuma yardımcı özel yapılar geliştirirler. Solungaçların arkasındaki yerde bulunan labirent şeklindeki yapılar bulunan Clarias türü balıklar, bu duruma örnektir.