Пингвините трябва да се гмуркат под вода, за да хванат храната си в океана. Пингвините обаче се нуждаят от кислород, за да дишат под водата. За повечето видове пингвини средното подводно гмуркане продължава 6 минути, тъй като по-голямата част от плячката им се намира в горните нива на водата. Императорският пингвин обаче се храни с калмари, риби или крил, които се намират дълбоко под водата, така че този вид пингвин може да задържи дъха си до 20 минути. Известно е също, че императорските пингвини се гмуркат до 1800 фута, за да намерят плячката си. Известно е, че друг вид, Gentoo, се гмурка до 500 фута. За разлика от тюлените, пингвините са сравнително малки, така че белите им дробове могат да задържат само толкова много кислород. Също така, подводната компресия засяга белите дробове и въздушните торбички на пингвините. Тези решаващи дихателни пътища могат да осигурят само 1/3 от необходимия кислород, необходим за всяко гмуркане.
Изследванията, проведени върху диви пингвини в Антарктида, показват някои изненадващи адаптации в кръвта и мускулните тъкани на пингвина за увеличаване на кислорода по време на подводно гмуркане. Тези пингвини бяха снабдени със специални сензори за наблюдение на нивото на въздуха им. За разлика от хората, ултра-чувствителният хемоглобин, присъстващ в червените кръвни клетки на пингвините, позволява на пингвините ефективно да използват всяка последна молекула кислород в тяхната система за гмуркане. Кръвта се изпраща главно до сърцето, мозъка и други основни органи. Хемоглобинът на пингвини е толкова ефективен, че пингвините могат да продължат да се гмуркат, когато други животни страдат от тежки тъканни увреждания. Освен това мускулните тъкани на пингвина също му помагат да диша ефективно под вода. Мускулните тъкани на пингвин също могат да съхраняват допълнителен кислород, като използват големи количества от кръвния протеин миоглобин. Също така, специален ензим позволява на мускулите на пингвина да работят без присъствието на кислород, като същевременно неутрализира натрупването на млечна киселина. Когато пингвините достигнат повърхността и се върнат към нормалното дишане, те могат да изхвърлят това натрупване на млечна киселина. За да спестят допълнително от консумацията на кислород, пингвините могат да намалят сърдечната честота до пет удара в минута. Използвайки по-малко енергия, тези птици могат да удължат времето си за гмуркане под вода.
Пингвините плуват най-ефективно в по-дълбоки нива на водата, но понякога може да се наложи да плувате на водната повърхност. Някои видове пингвини използват техника на дишане и плуване, наречена свиване, наречена на морски свине и делфини. Птиците излизат за въздух, след което вдишват и издишват бързо. След това започват да дишат, без да прекъсват движението си напред. Те скачат във и извън водата. Пингвините могат да поддържат скорост до 6 мили в час, докато се успокояват. Въпреки това, тази техника на свиване не се среща обикновено при кралски или императорски пингвини.