Om onder water te kunnen ademen, moeten vissen opgeloste zuurstof uit het water halen. Ze doen dit met hun kieuwen. Water komt de bek van de vis binnen en dan stuwt de vis het water over zijn kieuwen, langs vele kleine bloedvaatjes en uit de kieuwspleten. De kieuwen halen zuurstof uit het water en laten water koolstofdioxide en ammoniak uit de bloedvaten in de kieuwen wegjagen. Kieuwfilamenten zijn het rode, vlezige deel van de kieuwen; ze nemen zuurstof op in het bloed. Elk filament heeft duizenden fijne vertakkingen (lamellen) die aan het water worden blootgesteld. De takken bevatten bloedcapillairen onder een dun epitheel dat het bloed van het water scheidt, waardoor zuurstof en koolstofdioxide gemakkelijk kunnen passeren.
Niet alle vissen vertrouwen echter volledig op hun kieuwen om te ademen. Sommige vissoorten nemen een groot deel van hun benodigde zuurstof op via de huid, vooral als het jonge vissen zijn. Anderen hebben longen of andere luchtkamers die zijn ontwikkeld om lucht vanaf het wateroppervlak in te ademen, en deze vissoorten kunnen verdrinken als ze geen toegang hebben tot het wateroppervlak.
De kieuwdraden in vissen hebben functies zoals longen bij mensen:het is het orgaan dat verantwoordelijk is voor het opnemen van zuurstof en het uitstoten van koolstofdioxide. De kieuwen regelen ook het niveau van minerale ionen en de pH van het bloed, en zijn ook de belangrijkste plaats voor de uitscheiding van stikstofhoudend afval, in de vorm van ammoniak.
De kieuwdraden van beenvissen worden ook wel "primaire lamellen" genoemd. Het zijn ingewikkelde structuren met een groot oppervlak. Kleinere "secundaire lamellen" zijn uitlopers van de primaire filamenten. De secundaire lamellen bevatten kleine bloedcapillairen en het bloed stroomt in de tegenovergestelde richting van het water. Hierdoor heeft het water dat naast de secundaire lamellen stroomt altijd een hogere zuurstofconcentratie dan die in het bloed, zodat zuurstof over de volledige lengte van de secundaire lamellen wordt opgenomen. Op deze manier wordt koolstofdioxide ook passief vanuit het bloed in het water verspreid.
Actief zwemmende vissen hebben kieuwfilamenten die sterk ontwikkeld zijn om de opname van zuurstof te maximaliseren. Sedentaire vissen die op de bodem leven, hebben meestal kieuwdraden die kleinere volumes opnemen, omdat ze minder actief zijn en de zuurstof niet zo snel gebruiken.
De meeste vissen hebben drie of meer kieuwbogen aan elke kant van het lichaam. Deze ondersteunen de kieuwfilamenten en zijn kraakbeenachtig of benig en hebben de vorm van een boemerang. Elke kieuwboog bestaat uit een bovenste en een onderste ledemaat die in de rug zijn verbonden. Kieuwfilamenten en kieuwharken zijn bevestigd aan de kieuwbogen.
De kieuwbogen bieden ondersteuning voor zowel de kieuwen als de bloedvaten. Slagaders die de kieuwen binnenkomen brengen bloed met weinig zuurstof en een hoge concentratie afvalstoffen. Slagaders die de kieuwen verlaten, bevatten bloed met weinig afval dat rijk is aan zuurstof.
Kieuwharken zijn benige uitsteeksels die de vissen helpen eten. Ze wijzen naar voren en naar binnen vanaf de kieuwbogen. Hun aantal en vorm variëren op basis van het dieet van de vis:ver uit elkaar geplaatste kieuwen zijn duidelijk zichtbaar bij vissen die grote prooien eten, zoals andere vissen, die voorkomen dat het prooi-item vrijkomt en tussen de kieuwen ontsnapt. Een groter aantal dunnere, langere kieuwen worden gezien bij vissen die kleinere prooien eten. Soorten die plankton en minuscule materie consumeren die in de watersport kieuwtrekkers hangen die extreem lang en dun zijn. Sommige vissen hebben er meer dan 150 alleen op de onderste boog. Deze helpen bij het verzamelen van voedseldeeltjes in de keel die kunnen worden ingeslikt, terwijl het water door de kieuwspleten wordt afgevoerd.
