Tučňáci se musí potápět pod vodou, aby mohli chytit jídlo v oceánu. Tučňáci však k dýchání pod vodou potřebují kyslík. U většiny druhů tučňáků trvá průměrný ponor pod vodou 6 minut, protože většina jejich kořisti spočívá v horních vodních hladinách. Císařský tučňák se však živí chobotnicemi, rybami nebo krunýřemi, které se nacházejí hluboko pod vodou, takže tento druh tučňáka dokáže zadržet dech až na 20 minut. Je také známo, že tučňáci císařští se potápějí až do výšky 1800 stop, aby našli svou kořist. O jiném druhu, Gentoo, je známo, že se potápí až na 500 stop. Na rozdíl od tuleňů jsou tučňáci relativně malí, takže jejich plíce pojmou jen tolik kyslíku. Podvodní komprese také ovlivňuje plíce a vzduchové vaky tučňáků. Tyto rozhodující dýchací cesty mohou poskytnout pouze 1/3 potřebného kyslíku potřebného pro každý ponor.
Výzkum prováděný na divokých tučňácích v Antarktidě ukazuje některé překvapivé adaptace v krvi a svalových tkáních tučňáků pro zvýšení kyslíku během ponoru pod vodou. Tito tučňáci byli vybaveni speciálními senzory, které sledovaly jejich hladinu vzduchu. Na rozdíl od lidí umožňuje ultracitlivý hemoglobin přítomný v červených krvinkách tučňáků tučňákům efektivně využívat každou poslední molekulu kyslíku v jejich systému k potápění. Krev je zasílána hlavně do srdce, mozku a dalších hlavních orgánů. Hemoglobin tučňáka je natolik účinný, že tučňáci mohou pokračovat v potápění, když by ostatní zvířata trpěla vážným poškozením tkání. Svalové tkáně tučňáka navíc pomáhají účinně dýchat pod vodou. Svalové tkáně tučňáka mohou také ukládat další kyslík pomocí velkého množství myoglobinu v krvi. Speciální enzym také umožňuje, aby svaly tučňáka pracovaly bez přítomnosti kyslíku a zároveň neutralizovaly hromadění kyseliny mléčné. Když tučňáci dosáhnou na povrch a vrátí se k normálnímu dýchání, mohou toto nahromadění kyseliny mléčné vyloučit. Aby tučňáci dále ušetřili na spotřebě kyslíku, mohou snížit srdeční frekvenci na pět úderů za minutu. Při použití méně energie jsou tito ptáci schopni prodloužit čas potápění pod vodou.
Tučňáci nejúčinněji plavou v hlubších vodních hladinách, ale někdy může být nutné plavat na vodní hladině. Některé druhy tučňáků používají techniku dýchání a plavání zvanou sviňucha, pojmenovanou podle sviňuch a delfínů. Ptáci přicházejí na vzduch, pak se rychle nadechují a vydechují. Poté začnou dýchat, aniž by přerušili pohyb vpřed. Skákají dovnitř a ven z vody. Tučňáci mohou při sviňuchách udržovat rychlost až 6 mph. Tato technika porpoise však u tučňáků krále nebo císaře obvykle není vidět.