Penguenlerin okyanusta yiyeceklerini yakalamak için suya dalmaları gerekir. Ancak penguenler su altında nefes alabilmek için oksijene ihtiyaç duyarlar. Çoğu penguen türü için, avlarının çoğu üst su seviyelerinde bulunduğundan, ortalama su altı dalışı 6 dakika sürer. Bununla birlikte, İmparator Penguen, su altında yaşayan kalamar, balık veya kril ile beslenir, bu nedenle bu penguen türü nefesini 20 dakikaya kadar tutabilir. İmparator penguenlerin de avlarını bulmak için 1.800 feet'e kadar daldıkları bilinmektedir. Başka bir tür olan Gentoo'nun 500 feet'e kadar dalış yaptığı bilinmektedir. Mühürlerin aksine penguenler nispeten küçüktür, bu nedenle ciğerleri ancak bu kadar oksijen tutabilir. Ayrıca, su altı sıkıştırması penguenlerin akciğerlerini ve hava keselerini etkiler. Bu kritik hava yolları, her dalış için gerekli olan oksijenin sadece 1/3'ünü sağlayabilir.
Antarktika'daki vahşi penguenler üzerinde yapılan araştırmalar, su altı dalışı sırasında penguenin kan ve kas dokularında oksijeni artırmak için bazı şaşırtıcı uyarlamalar olduğunu gösteriyor. Bu penguenler, hava seviyelerini izlemek için özel sensörlerle donatıldı. İnsanlardan farklı olarak, penguenlerin kırmızı kan hücrelerinde bulunan ultra hassas hemoglobin, penguenlerin dalış için sistemlerindeki her son oksijen molekülünü etkin bir şekilde kullanmalarını sağlar. Kan esas olarak kalbe, beyne ve diğer ana organlara gönderilir. Penguen hemoglobini o kadar etkilidir ki, diğer hayvanlar ciddi doku hasarına maruz kalırken penguenler dalışa devam edebilir. Ayrıca penguenin kas dokuları da su altında verimli nefes almasına yardımcı olur. Bir penguenin kas dokuları, büyük miktarlarda kan proteini miyoglobini kullanarak ek oksijen depolayabilir. Ayrıca, özel bir enzim, laktik asit birikimini nötralize ederken penguenin kaslarının oksijen olmadan çalışmasına izin verir. Penguenler yüzeye ulaştıklarında ve normal solunuma döndüklerinde, bu laktik asit birikimini dışarı atabilirler. Oksijen tüketiminden daha fazla tasarruf etmek için penguenler kalp atış hızlarını dakikada beş atışa indirebilir. Bu kuşlar daha az enerji kullanarak su altında dalış sürelerini uzatabilirler.
Penguenler daha derin su seviyelerinde en verimli şekilde yüzerler, ancak bazen su yüzeyinde yüzmek gerekebilir. Bazı penguen türleri, adını musur ve yunuslardan alan, yunus balığı adı verilen bir nefes alma ve yüzme tekniği kullanır. Kuşlar hava almak için yukarı çıkarlar, sonra hızla nefes alıp verirler. Daha sonra ileriye doğru hareketlerini kesmeden nefes almaya başlarlar. Suya girip çıkıyorlar. Penguenler, yunuslama sırasında 6 mil / saate kadar bir hızı koruyabilirler. Ancak bu yunuslama tekniği genellikle Kral veya İmparator penguenlerinde görülmez.