สัตว์เซลล์เดียวไม่มีอวัยวะพิเศษที่ใช้หายใจ เพราะออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำสามารถซึมผ่านผิวของเซลล์เข้าสู่เซลล์ได้โดยตรง สัตว์ชั้นต่ำหลายเซลล์ เช่น ไฮดรามีช่องกลวงภายในลำตัว ทำหน้าที่ได้หลายอย่างเรียกว่าช่องแก๊สโตรวาสคูลาร์ (gastrovascularcavity) กล่าวคือ ทำหน้าที่เป็นลำไส้และเป็นเส้นเลือดพร้อมๆ กัน โดยนำเอาอาหารและก๊าซออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำผ่านจากปากเข้าไปให้เซลล์ดูดซึมเพื่อไปใช้ในการหายใจ
พวกไฮดราไม่มีทวารหนัก ดังนั้นจึงต้องขับอุจจาระออกทางปากด้วย แม้แต่ในพวกไส้เดือนดิน ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีลำตัวเป็นปล้องๆ และอาศัยอยู่ในดินชื้นๆ มีขนาดโตขึ้นมามาก และร่างกายสลับซับซ้อนกว่าพวกไฮดราและพลานาเรีย ยังไม่พบว่ามีอวัยวะพิเศษสำหรับหายใจ สัตว์พวกนี้มีผิวหนังบางมากและเปียกชื้นอยู่เสมอ เพราะมีต่อมเมือกที่ผิวหนังคอยกลั่นน้ำเมือกออกมาทำให้หนังชุ่มชื้นอยู่เสมอ และมีเส้นเลือดไปหล่อเลี้ยงที่บริเวณผิวหนังมากมาย ดังนั้นผิวหนังทั่วร่างกายของสัตว์พวกนี้จึงทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจได้โดยดูดออกซิเจนผ่านผิวหนังเข้าสู่เส้นเลือด และคายคาร์บอนไดออกไซด์ ผ่านเส้นเลือดและผิวหนังออกไปสู่น้ำที่อยู่รอบตัวมันได้ อย่างไรก็ตามสัตว์น้ำที่ตัวโตๆ และมีร่างกายสลับซับซ้อน ส่วนมากจำเป็นจะต้องมีอวัยวะหายใจโดยเฉพาะเพื่อช่วยรับออกซิเจนไปใช้ในการหายใจภายในเซลล์ที่สลับซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพอวัยวะหายใจสำคัญของสัตว์น้ำ คือ
สัตว์น้ำบางชนิดไม่ใช้เหงือกสำหรับหายใจ เช่น ปลิงทะเล (sea cucumber) ซึ่งเป็นสัตว์ที่อยู่ในไฟลัมเดียวกับปลาดาว มีแขนงของอวัยวะหายใจเรียกว่า เรสปิเรทอรี ทรี (respiratory tree) แผ่เต็มช่องว่างภายในตัว และเปิดเข้าสู่ส่วนปลายสุดของลำไส้ก่อนจะเปิดเป็นทวารหนัก เมื่อกล้ามเนื้อบริเวณนี้บีบตัวจะขับเอาอุจจาระและน้ำจาก เรสปิเรทอรี ทรี ออกสู่ภายนอก และเมื่อขยายตัวก็จะดูดเอาน้ำที่มีออกซิเจนละลายอยู่ด้วยผ่านเข้าไปในเรสปิเรทอรี ทรี ได้ อวัยวะนี้จึงทำหน้าที่ดูดเอาออกซิเจนในน้ำผ่านเข้าสู่ร่างกายและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมากับน้ำได้
แมลงหลายชนิดที่อาศัยอยู่ในน้ำไม่ได้เป็นสัตว์น้ำที่แท้จริง เพราะสัตว์พวกนี้จะโผล่ขึ้นมาที่ผิวน้ำเพื่อหายใจจากอากาศโดยตรง พวกด้วงปีกแข็งที่อยู่ในน้ำบางชนิดมีการปรับปรุงตัวเป็นพิเศษ โดยสามารถเก็บอากาศไว้ข้างใต้ปีกแข็งคู่หน้าขณะที่มันโผล่ขึ้นมาจากผิวน้ำเพื่อเก็บไว้ใช้หายใจในเวลาที่มันอยู่ใต้ผิวน้ำได้เป็นเวลานานๆ
