Пінгвінам потрібно пірнати під водою, щоб ловити їжу в океані. Однак пінгвінам потрібен кисень, щоб дихати під водою. Для більшості видів пінгвінів середнє занурення під водою триває 6 хвилин, оскільки більша частина їхньої здобичі перебуває на верхніх рівнях води. Однак імператорський пінгвін харчується кальмарами, рибою або крилем, які мешкають глибоко під водою, тому цей вид пінгвінів може затримувати дихання до 20 хвилин. Також відомо, що імператорські пінгвіни пірнають на висоту до 1800 футів, щоб знайти свою здобич. Відомо, що інший вид, Gentoo, занурюється на висоту до 500 футів. На відміну від тюленів, пінгвіни порівняно невеликі, тому їх легені можуть утримувати лише стільки кисню. Крім того, підводне стиснення впливає на легені пінгвінів та повітряні мішки. Ці важливі дихальні шляхи можуть забезпечити лише 1/3 необхідного кисню, необхідного для кожного занурення.
Дослідження, проведені на диких пінгвінах в Антарктиді, показують деякі дивовижні пристосування в крові та м'язових тканинах пінгвіна для збільшення кисню під час підводного занурення. Ці пінгвіни були обладнані спеціальними датчиками для контролю рівня повітря. На відміну від людей, надчутливий гемоглобін, присутній в еритроцитах пінгвінів, дозволяє пінгвінам ефективно використовувати кожну останню молекулу кисню в своїй системі для пірнання. Кров направляється головним чином до серця, мозку та інших основних органів. Пінгвіновий гемоглобін настільки ефективний, що пінгвіни можуть продовжувати пірнати, коли інші тварини страждають від серйозних пошкоджень тканин. Крім того, м’язові тканини пінгвіна також допомагають йому ефективно дихати під водою. М'язові тканини пінгвіна також можуть зберігати додатковий кисень, використовуючи велику кількість білка крові міоглобіну. Також спеціальний фермент дозволяє м’язам пінгвінів працювати без присутності кисню, одночасно нейтралізуючи накопичення молочної кислоти. Коли пінгвіни виходять на поверхню і повертаються до нормального дихання, вони можуть вигнати це скупчення молочної кислоти. Щоб ще більше заощадити на споживанні кисню, пінгвіни можуть знизити пульс до п’яти ударів на хвилину. Використовуючи менше енергії, ці птахи можуть продовжити свій час пірнання під водою.
Пінгвіни найефективніше плавають у глибших рівнях води, але іноді може знадобитися плавати біля поверхні води. Деякі види пінгвінів використовують техніку дихання та плавання, звану свинями, названу на честь морських свиней та дельфінів. Птахи піднімаються на повітря, потім швидко вдихають і видихають. Потім вони починають дихати, не перериваючи руху вперед. Вони стрибають і виходять з води. Пінгвіни можуть підтримувати швидкість до 6 миль / год, одночасно затримуючись. Однак ця техніка свинячих порід зазвичай не зустрічається у пінгвінів короля або імператора.