Пингвинам необходимо нырять под воду, чтобы ловить пищу в океане. Однако пингвинам нужен кислород, чтобы дышать под водой. Для большинства видов пингвинов среднее подводное погружение длится 6 минут, поскольку большая часть их добычи находится в верхних слоях воды. Однако императорский пингвин питается кальмарами, рыбой или крилем, которые обитают глубоко под водой, поэтому этот вид пингвинов может задерживать дыхание до 20 минут. Императорские пингвины, как известно, ныряют на глубину до 1800 футов, чтобы найти свою добычу. Другой вид, Gentoo, может нырять на глубину до 500 футов. В отличие от тюленей, пингвины относительно малы, поэтому их легкие могут удерживать лишь определенное количество кислорода. Кроме того, сжатие под водой влияет на легкие и воздушные мешки пингвинов. Эти важные дыхательные пути могут обеспечить только 1/3 кислорода, необходимого для каждого погружения.
Исследования, проведенные на диких пингвинах в Антарктиде, показывают некоторые удивительные приспособления в крови и мышечных тканях пингвинов к увеличению количества кислорода во время подводного погружения. Эти пингвины были оснащены специальными датчиками для контроля их уровня в воздухе. В отличие от людей, сверхчувствительный гемоглобин, присутствующий в эритроцитах пингвинов, позволяет пингвинам эффективно использовать каждую последнюю молекулу кислорода в их системе для ныряния. Кровь направляется в основном в сердце, мозг и другие важные органы. Гемоглобин пингвинов настолько эффективен, что пингвины могут продолжать нырять, даже если другие животные пострадают от серьезного повреждения тканей. Кроме того, мышечные ткани пингвина также помогают ему эффективно дышать под водой. Мышечные ткани пингвина также могут накапливать дополнительный кислород, используя большое количество белка крови миоглобина. Кроме того, специальный фермент позволяет мышцам пингвина работать без кислорода, нейтрализуя накопление молочной кислоты. Когда пингвины достигают поверхности и возвращаются к нормальному дыханию, они могут избавиться от этого накопления молочной кислоты. Чтобы еще больше сэкономить на потреблении кислорода, пингвины могут снизить частоту сердечных сокращений до пяти ударов в минуту. Используя меньше энергии, эти птицы могут продлить время погружения под воду.
Пингвины наиболее эффективно плавают на более глубоких уровнях воды, но иногда может потребоваться плавание на поверхности воды. Некоторые виды пингвинов используют технику дыхания и плавания, называемую морскими свиньями, названную в честь морских свиней и дельфинов. Птицы подходят за воздухом, затем быстро вдыхают и выдыхают. Затем они начинают дышать, не прерывая своего движения вперед. Они прыгают в воду и выходят из нее. Пингвины могут поддерживать скорость до 6 миль в час во время плавания. Однако эта техника ловли морских свиней обычно не встречается у королевских или императорских пингвинов.