Pinguinii trebuie să se scufunde sub apă pentru a-și prinde hrana în ocean. Cu toate acestea, pinguinii au nevoie de oxigen pentru a respira sub apă. Pentru majoritatea speciilor de pinguini, scufundarea medie subacvatică durează 6 minute, deoarece majoritatea prăzii lor se află în nivelurile superioare ale apei. Cu toate acestea, Pinguinul Împărat se hrănește cu calmar, pește sau krill care locuiesc adânc sub apă, astfel încât această specie de pinguin își poate ține respirația până la 20 de minute. De asemenea, se știe că pinguinii împărat se scufundă până la 1.800 de picioare pentru a-și găsi prada. Se știe că o altă specie, Gentoo, se scufundă până la 500 de picioare. Spre deosebire de foci, pinguinii sunt relativ mici, astfel încât plămânii lor pot conține doar atât de mult oxigen. De asemenea, compresia subacvatică afectează plămânii și sacii de aer ai pinguinilor. Aceste căi respiratorii cruciale pot furniza doar 1/3 din oxigenul necesar pentru fiecare scufundare.
Cercetările efectuate pe pinguinii sălbatici din Antarctica arată câteva adaptări surprinzătoare în sângele și țesuturile musculare ale pinguinului pentru creșterea oxigenului în timpul unei scufundări subacvatice. Acești pinguini au fost echipați cu senzori speciali pentru a-și monitoriza nivelul aerului. Spre deosebire de oameni, hemoglobina ultra-sensibilă prezentă în globulele roșii ale pinguinilor le permite pinguinilor să utilizeze în mod eficient fiecare ultimă moleculă de oxigen din sistemul lor pentru scufundări. Sângele este trimis în principal către inimă, creier și alte organe majore. Hemoglobina pinguinilor este atât de eficientă încât pinguinii pot continua să se scufunde atunci când alte animale ar suferi leziuni severe ale țesuturilor. În plus, țesuturile musculare ale pinguinului îl ajută, de asemenea, să respire eficient sub apă. Țesuturile musculare ale unui pinguin pot, de asemenea, să stocheze oxigen suplimentar folosind cantități mari de proteine din sânge mioglobină. De asemenea, o enzimă specială permite mușchilor pinguinului să lucreze fără prezența oxigenului în timp ce neutralizează acumularea de acid lactic. Când pinguinii ajung la suprafață și revin la respirație normală, pot expulza această acumulare de acid lactic. Pentru a economisi în continuare consumul de oxigen, pinguinii își pot reduce ritmul cardiac la cinci bătăi pe minut. Folosind mai puțină energie, aceste păsări își pot prelungi timpul scufundându-se sub apă.
Pinguinii înoată cel mai eficient în niveluri mai adânci ale apei, dar uneori poate fi necesar să înoți la suprafața apei. Unele specii de pinguini folosesc o tehnică de respirație și înot numită porpoising, numită după marsopi și delfini. Păsările vin după aer, apoi inspiră și expiră rapid. Apoi încep să respire fără a-și întrerupe mișcarea înainte. Sar în și din apă. Pinguinii pot menține o viteză de până la 6 mph în timp ce porpoising. Cu toate acestea, această tehnică de porpoising nu este de obicei văzută la pinguinii regi sau împărați.
