Pingviner måste dyka under vatten för att fånga maten i havet. Pingviner behöver dock syre för att andas under vatten. För de flesta arter av pingviner varar det genomsnittliga dyket under vattnet i 6 minuter, eftersom de flesta av deras byte ligger i de övre vattennivåerna. Emperor Penguin livnär sig dock på bläckfisk, fisk eller krill som ligger djupt under vatten, så denna pingvinart kan hålla andan i upp till 20 minuter. Kejsarpingviner är också kända för att dyka upp till 800 meter för att hitta sitt byte. En annan art, Gentoo, är känd för att dyka upp till 500 fot. Till skillnad från sälar är pingviner relativt små, så deras lungor kan bara hålla så mycket syre. Dessutom påverkar kompressionen under vattnet pingvinernas lungor och luftsäckar. Dessa viktiga luftvägar kan bara ge 1/3 av det syre som behövs för varje dyk.
Forskning på vilda pingviner i Antarktis visar några överraskande anpassningar i pingvins blod och muskelvävnader för att öka syre under ett dyk under vattnet. Dessa pingviner var utrustade med speciella sensorer för att övervaka deras luftnivå. Till skillnad från människor tillåter det ultrakänsliga hemoglobinet som finns i pingvins röda blodkroppar att pingvinerna effektivt kan använda varje sista syremolekyl i sitt system för dykning. Blodet skickas främst till hjärtat, hjärnan och andra större organ. Pingvinhemoglobin är så effektivt att pingviner kan fortsätta dyka när andra djur skulle drabbas av allvarlig vävnadsskada. Dessutom hjälper pingvins muskelvävnader att andas effektivt under vatten. En pingvins muskelvävnader kan också lagra ytterligare syre genom att använda stora mängder blodproteinet myoglobin. Dessutom tillåter ett speciellt enzym pingvins muskler att fungera utan närvaro av syre medan de neutraliserar mjölksyrauppbyggnad. När pingvinerna når ytan och återgår till normal andning kan de sedan utvisa denna ansamling av mjölksyra. För att ytterligare spara syreförbrukning kan pingviner sänka hjärtfrekvensen till fem slag per minut. Genom att använda mindre energi kan dessa fåglar förlänga sin tid att dyka under vatten.
Pingviner simmar mest effektivt i djupare vattennivåer, men ibland kan det vara nödvändigt att simma vid vattenytan. Vissa arter av pingviner använder en andnings- och simningsteknik som kallas tumlare, uppkallad efter tumlare och delfiner. Fåglarna kommer upp för luft, andas sedan in och andas ut snabbt. De börjar sedan andas utan att avbryta sin rörelse framåt. De hoppar in och ut ur vattnet. Pingvinerna kan hålla en hastighet på upp till 6 km / tim medan de tumlar. Denna tumlare-teknik ses dock vanligtvis inte hos kung- eller kejsarpingviner.
