For å puste under vann, må fisk trekke opp oppløst oksygen fra vannet. De gjør dette ved å bruke gjellene. Vann kommer inn i fiskens munn og deretter tvinger fisken vann over gjellene, forbi mange små blodårer og ut gjellespaltene. Gjellene tar oksygen fra vannet og lar vann piske bort karbondioksid og ammoniakk fra blodårene i gjellene. Gjellefilamenter er den røde, kjøttfulle delen av gjellene; de tar oksygen inn i blodet. Hver filament har tusenvis av fine greiner (lameller) som er utsatt for vannet. Grenene inneholder blodkapillærer under et tynt epitel som skiller blodet fra vannet, slik at oksygen og karbondioksid passerer lett gjennom.
Ikke alle fisker er helt avhengige av gjellene for å puste. Noen fiskearter absorberer en stor del av det nødvendige oksygenet gjennom huden, spesielt når de er ungfisk. Andre har lunger eller andre ekstra luftkamre som har utviklet seg til å puste luft fra overflaten av vannet, og disse fiskeartene kan drukne hvis de ikke har tilgang til vannoverflaten.
Gjellefilamenter
Gjellefilamentene i fisk har funksjoner som lunger hos mennesker: det er organet som er ansvarlig for å absorbere oksygen og drive ut karbondioksid. Gjellene regulerer også nivåer av mineralioner og pH i blodet, i tillegg til å være det primære stedet for utskillelse av nitrogenholdig avfall, i form av ammoniakk.
Gjellefilamentene til benfisk kalles også "primære lameller." De er intrikate strukturer som har et stort overflateareal. Mindre "sekundære lameller" er avleggere av de primære filamentene. De sekundære lamellene inneholder små blodkapillærer og blodet strømmer i motsatt retning av vannet. Som et resultat har vannet som strømmer ved siden av de sekundære lamellene alltid en høyere oksygenkonsentrasjon enn i blodet, slik at oksygen absorberes langs hele lengden av de sekundære lamellene. Også på denne måten diffunderes karbondioksid passivt fra blodet til vannet.
Aktivt svømmende fisk har gjellefilamenter som er høyt utviklet for å maksimere absorpsjonen av oksygen. Stillesittende fisk som lever på bunnen har vanligvis gjellefilamenter som absorberer mindre volumer, siden de er mindre aktive og ikke bruker oksygenet like raskt.
Gjellebuer
De fleste fisker har tre eller flere gjellebuer på hver side av kroppen. Disse støtter gjellefilamentene og er bruskaktige eller benete og formet som en boomerang. Hver gjellebue består av en øvre og en nedre lem som er sammenføyd i ryggen. Gjellefilamenter og gjellerakere er festet til gjellebuene.
De gjellebuene tilby støtte for gjellene samt blodkar. Arterier som kommer inn i gjellene bringer blod med lavt oksygen og høy konsentrasjon av avfall. Arterier som forlater gjellene inneholder blod med lite avfall som er rikt på oksygen.
Gill rakere
Gjellerakere er benete fremspring som hjelper fisken å mate. De peker fremover og innover fra gjellebuene. Antallet og formen deres varierer basert på kostholdet til fisken: gjellerakere med stor avstand er tydelige på fisk som spiser store byttedyr, for eksempel andre fisker, som hindrer byttedyret fra å komme fritt og rømme mellom gjellene. Et større antall tynnere, lengre gjellerivere sees på fisk som spiser mindre byttedyr. Arter som konsumerer plankton og bittesmå stoffer suspendert i vannsport gjellerakere som er ekstremt lange og tynne. Noen fisk har mer enn 150 bare på den nedre buen. Disse hjelper til med å samle matpartikler i svelget som kan svelges, mens vann ledes ut gjennom gjellespaltene.
