A respiração branquial ocorre por meio de brânquias, que são estruturas ricamente vascularizadas. É nas brânquias que o oxigênio presente na água passa para o interior do corpo e que o dióxido de carbono que está no corpo do animal passa para a água. Esse tipo de respiração acontece na maioria dos animais aquáticos, como é o caso dos , alguns e .
Para que a respiração ocorra nos peixes, é necessário que a água entre pela boca e saia pelas brânquias, obedecendo a um fluxo unidirecional. Inicialmente a água entra na cavidade bucal e segue em direção aos filamentos branquiais. Nos filamentos, existem projeções denominadas de lamelas secundárias, locais onde ocorrem as trocas gasosas.
Cada filamento branquial apresenta duas artérias: um vaso aferente que leva sangue até o final do filamento e um vaso eferente que garante o retorno do sangue. Nas lamelas secundárias, encontra-se a conexão entre os vasos eferentes e aferentes.
O fluxo sanguíneo na lamela é no sentido oposto do fluxo de água. Isso garante que mais oxigênio seja captado, em um processo conhecido como troca por contra corrente. Caso o sangue se movesse na mesma direção que a água, a captação de oxigênio seria mais baixa.