Balıklarda solunum, insanlardaki gibi oksijenli solunumdur. Ancak balıklar suyun içinde yaşadıkları için bu işlemi solungaçları yardımıyla gerçekleştirirler. Tüm canlıların hücreleri oksijen kullanır. Hücredeki maddelerin oksidasyonu sonucunda, ısı ve enerji yardımıyla karbondioksit üretilir. Üretilen karbondioksit, oksijenle yer değiştirmelidir. Balıklarda solunum, su ve kan damarları arasında dış solunum, kan ve dokular arasında ise iç solunum olarak gerçekleştirilir. Bu süreçte özel gelişmiş solungaçlarını kullanırlar.

Solungaçlar, kemikli balıklarda iki bölüm halinde dört solungaç yayı üzerinde, lampiridlerde ise yedi solungaç yayı üzerinde gelişmiştir. Solungaç boşluğunda yer alan solungaçları koruyan "operculum" adlı bir örtü bulunur. Her solungaç yayının üstünde konkav bölümünde çeşitli büyüklükte ve sayıda solungaç dikenleri bulunurken, diğer tarafta kılcal damarlar olan solungaç lamelleri yer alır.

Balıklarda dış solunumda, suda erimiş haldeki oksijen kanla alınır, kandaki karbondioksit ise suya verilir. Bu işlemler solungaç lamellerindeki kan damarları aracılığıyla gerçekleştirilir. Solungaç yayları üzerinde çift sıralı halde lameller bulunur. Solungaçların her zaman nemli kalması için balıklar sürekli ağızlarını açar ve kapatır. Bu anda solungaç kapakları da sürekli su sirkülasyonunu sağlamak için bir süre açılıp kapanır. Kılcal damarlarla dolu solungaç lamelleri, balığın ağzından giren sudaki oksijeni tutar ve dokulardan taşıdığı karbondioksiti suya bırakır. Aynı anda oksijeni alınan su, açılan operkulumlarla dışarıya atılır.

Solungaçların sürekli nemli olması, oksijenin alınması ve karbondioksidin verilmesi için gereklidir. Bu nedenle sudan çıkan balıklar, havada bol miktarda oksijen olmasına rağmen havasızlıktan boğulup ölür. Eğer suyun dışında balıkların solungaçları nemli tutulursa, havadaki oksijeni solunumda kullanabilirler. Bu yüzden bazı balık türleri, nemli yosunların arasında uzun mesafelere taşınabilir. Cyprinus carpio ve yayın balıkları buna uygun türlerdir.

Kemikli balıkların hepsinde solunum, operkulum ile tutulan dört çift solungaç ile yapılır. Ancak Lamperta fluviatilis türündeki balıklarda solunum farklıdır. Bu balıklarda yedi çift solungaç takımı bulunur ve üzerlerindeki operkulum kapak tek değildir. Bu balıklarda solunum için kullanılacak su, ağızdaki kanal yardımıyla solungaç boşluğuna geçer. Gaz alışverişi yapıldıktan sonra solungaç yarığı denilen yedi delik aracılığıyla dışarı atılır.

Balıkların bir kısmının aktivitesi azdır ve bu durum vücut ısılarının değişken olmasına yol açar. Aynı zamanda bulundukları ortama bağımlı hale gelirler. Bu yüzden sıcak ortama alışmış balıklar, aniden soğuk suya geçerlerse ısı dengesi korunamaz ve yaşadıkları şokun etkisiyle ölebilirler. Balıkların bir kısmı da bataklık ortamda yaşadıkları için solunuma yardımcı yapılar geliştirmiştir. Solungaçların arkasındaki bu tür labirent yapılar, özellikle Clarias türündeki balıklarda bulunur.