I pinguini devono immergersi sott'acqua per catturare il cibo nell'oceano. Tuttavia, i pinguini hanno bisogno di ossigeno per respirare sott'acqua. Per la maggior parte delle specie di pinguini, l'immersione subacquea media dura 6 minuti, poiché la maggior parte delle loro prede risiede nei livelli superiori dell'acqua. Tuttavia, il pinguino imperatore si nutre di calamari, pesci o krill che risiedono in profondità sott'acqua, quindi questa specie di pinguino può trattenere il respiro fino a 20 minuti. I pinguini imperatori sono anche noti per immergersi fino a 1.800 piedi per trovare la loro preda. Un'altra specie, il Gentoo, è nota per immergersi fino a 500 piedi. A differenza delle foche, i pinguini sono relativamente piccoli, quindi i loro polmoni possono contenere solo così tanto ossigeno. Inoltre, la compressione subacquea colpisce i polmoni e le sacche d'aria dei pinguini. Queste vie aeree cruciali possono fornire solo 1/3 dell'ossigeno necessario per ogni immersione.
La ricerca condotta sui pinguini selvatici in Antartide mostra alcuni adattamenti sorprendenti nel sangue e nei tessuti muscolari del pinguino per aumentare l'ossigeno durante un'immersione subacquea. Questi pinguini erano dotati di speciali sensori per monitorare il loro livello dell'aria. A differenza degli umani, l'emoglobina ultrasensibile presente nei globuli rossi dei pinguini consente ai pinguini di utilizzare efficacemente ogni ultima molecola di ossigeno nel loro sistema per le immersioni. Il sangue viene inviato principalmente al cuore, al cervello e ad altri organi principali. L'emoglobina dei pinguini è così efficace che i pinguini possono continuare a immergersi quando altri animali subirebbero gravi danni ai tessuti. Inoltre, i tessuti muscolari del pinguino lo aiutano anche a respirare efficacemente sott'acqua. I tessuti muscolari di un pinguino possono anche immagazzinare ossigeno aggiuntivo utilizzando grandi quantità di mioglobina, una proteina del sangue. Inoltre, uno speciale enzima consente ai muscoli del pinguino di lavorare senza la presenza di ossigeno, neutralizzando l'accumulo di acido lattico. Quando i pinguini raggiungono la superficie e ritornano alla normale respirazione, possono quindi espellere questo accumulo di acido lattico. Per risparmiare ulteriormente sul consumo di ossigeno, i pinguini possono abbassare la frequenza cardiaca a cinque battiti al minuto. Usando meno energia, questi uccelli sono in grado di prolungare il loro tempo immergendosi sott'acqua.
I pinguini nuotano in modo più efficiente in acque più profonde, ma a volte potrebbe essere necessario nuotare in superficie. Alcune specie di pinguini usano una tecnica di respirazione e nuoto chiamata focena, dal nome di focene e delfini. Gli uccelli si alzano per prendere aria, quindi inspirano ed espirano rapidamente. Quindi iniziano a respirare senza interrompere il loro movimento in avanti. Saltano dentro e fuori dall'acqua. I pinguini possono mantenere una velocità fino a 6 mph durante la foce. Tuttavia, questa tecnica di focena di solito non si vede nei pinguini re o imperatori.
