Οι πιγκουίνοι πρέπει να βουτήξουν κάτω από το νερό για να πιάσουν τα τρόφιμα τους στον ωκεανό. Ωστόσο, οι πιγκουίνοι χρειάζονται οξυγόνο για να αναπνέουν κάτω από το νερό. Για τα περισσότερα είδη πιγκουίνων, η μέση υποβρύχια κατάδυση διαρκεί 6 λεπτά, καθώς τα περισσότερα από τα θηράματά τους βρίσκονται στα ανώτερα επίπεδα του νερού. Ωστόσο, ο αυτοκράτορας Πιγκουίνος τρέφεται με καλαμάρια, ψάρια ή κριλ που βρίσκονται βαθιά κάτω από το νερό, έτσι αυτό το είδος πιγκουίνος μπορεί να κρατήσει την αναπνοή του για έως και 20 λεπτά. Οι αυτοκρατορικοί πιγκουίνοι είναι επίσης γνωστοί ότι βουτούν μέχρι 1.800 πόδια για να βρουν το θήραμά τους. Ένα άλλο είδος, το Gentoo, είναι γνωστό ότι βουτά μέχρι και 500 πόδια. Σε αντίθεση με τις φώκιες, οι πιγκουίνοι είναι σχετικά μικροί, έτσι οι πνεύμονες τους μπορούν να συγκρατήσουν τόσο πολύ οξυγόνο. Επίσης, η υποβρύχια συμπίεση επηρεάζει τους πνεύμονες και τους αερόσακους των πιγκουίνων. Αυτοί οι κρίσιμοι αεραγωγοί μπορούν να παρέχουν μόνο το 1/3 του απαραίτητου οξυγόνου που απαιτείται για κάθε κατάδυση.
Η έρευνα που διεξήχθη σε άγριους πιγκουίνους στην Ανταρκτική δείχνει μερικές εκπληκτικές προσαρμογές στο αίμα και τους μυϊκούς ιστούς των πιγκουίνων για αύξηση του οξυγόνου κατά τη διάρκεια μιας υποβρύχιας κατάδυσης. Αυτοί οι πιγκουίνοι ήταν εφοδιασμένοι με ειδικούς αισθητήρες για την παρακολούθηση της στάθμης του αέρα. Σε αντίθεση με τους ανθρώπους, η εξαιρετικά ευαίσθητη αιμοσφαιρίνη που υπάρχει στα ερυθρά αιμοσφαίρια των πιγκουίνων επιτρέπει στους πιγκουίνους να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά κάθε τελευταίο μόριο οξυγόνου στο σύστημά τους για κατάδυση. Το αίμα αποστέλλεται κυρίως στην καρδιά, στον εγκέφαλο και σε άλλα κύρια όργανα. Η αιμοσφαιρίνη του πιγκουΐνου είναι τόσο αποτελεσματική ώστε οι πιγκουίνοι μπορούν να συνεχίσουν την κατάδυση όταν άλλα ζώα θα υποφέρουν από σοβαρή βλάβη των ιστών. Επιπλέον, οι μυϊκοί ιστοί του πιγκουίνου τον βοηθούν επίσης να αναπνέει αποτελεσματικά κάτω από το νερό. Οι μυϊκοί ιστοί των πιγκουίνων μπορούν επίσης να αποθηκεύσουν επιπλέον οξυγόνο χρησιμοποιώντας μεγάλες ποσότητες μυοσφαιρίνης πρωτεΐνης αίματος. Επίσης, ένα ειδικό ένζυμο επιτρέπει στους μύες των πιγκουίνων να λειτουργούν χωρίς την παρουσία οξυγόνου, ενώ εξουδετερώνουν τη συσσώρευση γαλακτικού οξέος. Όταν οι πιγκουίνοι φτάσουν στην επιφάνεια και επιστρέψουν στην κανονική αναπνοή, μπορούν στη συνέχεια να αποβάλουν αυτήν τη συσσώρευση γαλακτικού οξέος. Για να εξοικονομήσετε περαιτέρω την κατανάλωση οξυγόνου, οι πιγκουίνοι μπορούν να μειώσουν τον καρδιακό τους ρυθμό σε πέντε παλμούς ανά λεπτό. Χρησιμοποιώντας λιγότερη ενέργεια, αυτά τα πουλιά μπορούν να παρατείνουν τον χρόνο τους κατάδυσης κάτω από το νερό.
Οι πιγκουίνοι κολυμπούν πιο αποτελεσματικά σε βαθύτερα επίπεδα νερού, αλλά μερικές φορές μπορεί να είναι απαραίτητο να κολυμπήσετε στην επιφάνεια του νερού. Μερικά είδη πιγκουίνων χρησιμοποιούν μια τεχνική αναπνοής και κολύμβησης που ονομάζεται φώτιες, που ονομάζεται από φώκιες και δελφίνια. Τα πουλιά έρχονται για αέρα, μετά εισπνέουν και εκπνέουν γρήγορα. Στη συνέχεια αρχίζουν να αναπνέουν χωρίς να διακόπτουν την κίνησή τους προς τα εμπρός. Πηδούν μέσα και έξω από το νερό. Οι πιγκουίνοι μπορούν να διατηρήσουν ταχύτητα έως και 6 μίλια / ώρα, ενώ φώτα. Ωστόσο, αυτή η τεχνική φώτων δεν εμφανίζεται συνήθως στους πιγκουίνους του Βασιλιά ή του Αυτοκράτορα.