Ikan sebagian besar dibedakan dari hewan lain dengan adaptasi mereka terhadap lingkungan mereka, yang tentu saja air. Fisiologi ikan berbeda dalam beberapa hal utama dari fisiologi hewan yang menghuni darat. Perbedaan utama terletak pada bagaimana ikan bernapas, atau memperoleh oksigen, dan bagaimana mereka bergerak melalui air. Ikan juga telah membuat penyesuaian fisiologis luar biasa lainnya terhadap lingkungan mereka.
Seperti hewan di darat, ikan membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup. Masalahnya adalah air hanya memiliki dua persen dari jumlah oksigen yang terkandung di udara. Selain itu, kadar oksigen menurun saat air menjadi lebih hangat, dan air yang tercemar atau tergenang juga memiliki lebih sedikit oksigen.
Ikan mendapatkan oksigen terutama melalui insangnya. Dengan membuka dan menutup mulutnya, ikan memindahkan air melalui insangnya, yang diisi dengan ribuan pembuluh darah kecil yang menyerap oksigen dan mengirimkannya ke aliran darah. Beberapa ikan dapat mengambil oksigen dengan cara lain. Misalnya, tarpon — ikan air asin yang besar, dapat berenang ke permukaan dan mengambil sedikit oksigen ekstra bila diperlukan. Lungfish memiliki insang tetapi mendapat banyak oksigen dengan menelan udara yang mengisi kantung yang agak seperti paru-paru, demikian namanya.
Bagaimana ikan bergerak melalui air juga merupakan elemen yang sangat luar biasa dari fisiologi ikan. Karena airnya padat, ikan harus sangat kuat untuk bergerak melewatinya. Ikan memiliki banyak otot yang memungkinkan mereka untuk berenang. Sirip juga memungkinkan ikan untuk bergerak maju dan mundur, dan sirip ekornya yang kuat membantu mendorong mereka melewati air. Mayoritas ikan memiliki tujuh sirip, tetapi beberapa memiliki enam atau delapan sirip.
Kandung kemih renang, atau kantung udara, adalah elemen penting lain dari fisiologi ikan. Ikan tetap mengapung dan bergerak naik turun di air dengan mengurangi atau menambah jumlah udara di kantung renang mereka. Beberapa ikan juga menggunakan kantung renang untuk mengintensifkan suara.
Fisiologi ikan telah beradaptasi dengan lingkungan dengan cara penting lainnya. Sebagian besar ikan memiliki lapisan pelindung sisik yang terbuat dari kalsium, yang melindungi ikan dari cedera dan penyakit. Adaptasi penting lainnya berkaitan dengan tetap terhidrasi dan menjaga keseimbangan garam yang tepat, yang merupakan tantangan khusus bagi ikan air asin. Terlalu banyak menelan garam tidak baik, jadi ikan air asin meminum air dan mengeluarkan garam melalui urin dan insangnya. Ikan air tawar mengambil air melalui insang dan kulitnya daripada meminumnya.