For å kunne puste under vann må fisken trekke ut oppløst oksygen fra vannet. Dette gjør de ved hjelp av gjellene.1 Vannet kommer inn i fiskens munn, og deretter presser fisken vannet over gjellene, forbi mange små blodkar og ut gjennom gjellespaltene. Gjellene tar opp oksygen fra vannet og lar vannet transportere bort karbondioksid og ammoniakk fra blodårene i gjellene. Gjelletrådene er den røde, kjøttfulle delen av gjellene; de tar opp oksygen i blodet. Hvert gjelletråd har tusenvis av fine forgreninger (lameller) som er eksponert mot vannet. Forgreningene inneholder blodkapillærer under et tynt epitel som skiller blodet fra vannet, slik at oksygen og karbondioksid lett kan passere.
Ikke alle fisk er imidlertid helt avhengige av gjellene for å puste. Noen fiskearter tar opp en stor del av oksygenet de trenger gjennom huden, særlig når de er ungfisk. Andre har lunger eller andre ekstra luftkamre som er utviklet for å puste luft fra vannoverflaten, og disse fiskeartene kan drukne hvis de ikke har tilgang til vannoverflaten.
Gjellefilamenter
Gjellefilamentene hos fisk har samme funksjon som lungene hos mennesker: Det er det organet som er ansvarlig for å absorbere oksygen og slippe ut karbondioksid. Gjellene regulerer også nivåene av mineralioner og pH-verdien i blodet, i tillegg til å være det primære stedet for utskillelse av nitrogenholdig avfall i form av ammoniakk.
Gjellefilamentene hos benfisk kalles også «primære lameller».2 De er intrikate strukturer med stort overflateareal. Mindre «sekundærlameller» er utløpere av primærfilamentene. De sekundære lamellene inneholder små blodkapillærer, og blodet strømmer i motsatt retning av vannet. Derfor har vannet som strømmer langs de sekundære lamellene alltid en høyere oksygenkonsentrasjon enn blodet, slik at oksygenet absorberes langs hele lengden av de sekundære lamellene. På denne måten diffunderer også karbondioksid passivt fra blodet og ut i vannet.
Aktivt svømmende fisk har gjellefilamenter som er høyt utviklet for å maksimere oksygenopptaket. Stillesittende fisk som lever på bunnen, har vanligvis gjellefilamenter som absorberer mindre volum, siden de er mindre aktive og ikke bruker oksygenet like raskt.
Gjellebuer
De fleste fisk har tre eller flere gjellebuer på hver side av kroppen. Disse støtter gjellefilamentene og er brusk- eller benete og formet som en bumerang. Hver gjellebue består av en øvre og en nedre del som er sammenføyd i ryggen. Gjellefilamenter og gjellelokk er festet til gjellebuene.
Gjellebuene gir både gjellene og blodårene støtte.2 Arteriene som kommer inn i gjellene, fører med seg blod med lavt oksygeninnhold og høy konsentrasjon av avfallsstoffer. Arteriene som forlater gjellene, inneholder blod med lite avfall og mye oksygen.
Gjellerakere
Gjellerekkere er benete utstikkere som hjelper fisken med å spise.3 De peker fremover og innover fra gjellebuene. Antall og form varierer avhengig av fiskens diett: Hos fisk som spiser store byttedyr, for eksempel annen fisk, er det tydelig at gjellereaktorene står langt fra hverandre og hindrer byttedyret i å komme seg fri og slippe ut mellom gjellene. Hos fisk som spiser mindre byttedyr, er det flere tynnere og lengre gjelleriller. Arter som spiser plankton og små partikler som svever i vannet, har ekstremt lange og tynne gjellelokk. Noen fisk har mer enn 150 bare på den nedre buen, og disse bidrar til å samle matpartikler i svelget som kan svelges, mens vannet føres ut gjennom gjellespaltene.
