鲸鱼的呼吸系统是适应水生环境的典型演化范例。作为哺乳动物，它们通过位于头顶的呼吸孔（blowhole）进行气体交换，这一结构由鼻孔演化而来，表面覆盖瓣膜以防止入水。

呼吸时，鲸鱼会先排出肺内废气，形成垂直水柱（喷气），高度可达10米以上，随后快速吸入新鲜空气。其肺容量为人类的10倍，血红蛋白浓度是人类的1.7倍，确保了长时间潜水的氧气储备。蓝鲸等须鲸类通过“冲刺式呼吸”补充氧气，每次呼吸可交换80%的肺内气体；而齿鲸类则依赖回声定位辅助呼吸节律。值得关注的是，鲸鱼的呼吸孔周围分布着敏感的触须，可感知水温、盐度变化，帮助其导航与觅食。