Позвоночные животные, дышащие легкими, довольно успешно освоили водную среду. При нырянии у них происходит временное отключение дыхания. Длительное пребывание под водой обеспечивается увеличением дыхательной паузы, дополнительными резервами кислорода. Последние создаются путем увеличения кислородной емкости крови, повышения в ней количества дыхательного пигмента - гемоглобина, и в мышечной ткани миоглобина. При нырянии у этих животных резко увеличивается частота пульса, суживаются переферические сосуды, уменьшается пропускная способность сосудов мышц и перераспределяется ток крови при помощи клапанов. Кровь начинает двигаться медленнее и ткани, малочувствительные к недостатку кислорода, получают его в уменьшенном количестве. Это позволяет снабжать кислородом в первую очередь головной и спинной мозг, а также сердечную мышцу.
В органах дыхания также происходят преобразования. Появилась система защитных клапанов и сфинктеров в дыхательных путях и бронхиолах, препятствующих проникновению в них воды или быстрое удаление в случае попадания, исчез рефлекс кашля, появилась эластичность легких и увеличился их объем, появился рефлекс выныривания. Грудная клетка подвижна, что позволяет ей сжиматься под давлением воды. Благодаря этому, воздух выталкивается из альвеол в дыхательные пути и азот попадает в кровь в ничтожном количестве, вполне безопасном.
Все описанные адаптации характерны прежде всего для морских млекопитающих /китообразные и ластоногие/. Кроме них, к нырянию приспособленны немлекопитающие животные, имеющие легкие /крокодилы и некоторые черепахи, амфибии, двоякодышащие рыбы/. Им также могут быть в той или иной степени свойственны вышеперечисленные адаптапии /клапаны в дыхательных путях, перераспределение кровотока, устойчивость тканей к повышенному содержанию СО2/. Но у них есть и своеобразные приспособления. Основное из них - способность дышать не только атмосферным воздухом, но и кислородом, растворенным в воде. Для этого служат различные органы /кожа у амфибий, выросты слизистой полости рта и глотки у черепах, жабры у двоякодышащих рыб/. Кроме того, при достаточно низкой температуре у этих холоднокровных животных так сильно замедляется обмен, что они могут обходиться минимумом кислорода /напр., некоторые черепахи, зимующие на дне водоемов/.