Hệ thống hô hấp của cá heo hoạt động giống như hầu hết các loài động vật có vú khác, với một số sửa đổi cho phép con vật sống dưới nước. Cá heo thở bằng một lỗ thổi duy nhất ở trên đỉnh đầu của chúng. Một tấm cơ bắp che lỗ thổi, cho phép cá heo nín thở dưới nước và ngăn nước tràn vào phổi.
Cá heo không phải là cá và không có mang lọc oxy từ nước. Nó phải di chuyển lên mặt nước để thở. Nó co lại cánh cơ ngay trước khi nổi lên, mở lỗ thổi.
Khi con cá heo thở ra, một vòi nước có thể nhìn thấy sẽ trào lên từ lỗ xả của nó. Tuy nhiên, nước này không đến từ phổi. Nó chỉ đơn giản là nước ở trên miệng lỗ được đẩy lên cùng với carbon dioxide và các khí thải khác mà động vật thải ra khỏi phổi. Giống như ở người, phổi của cá heo không chịu được nước. Mặc dù cá heo sống cả đời dưới nước, nhưng nếu lưới đánh cá bẫy cá heo và ngăn cá heo nổi lên để thở, con vật sẽ chết đuối.
Phổi của cá heo hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với phổi của con người. Trong mỗi chu kỳ hô hấp, cá heo trao đổi 80% không khí trở lên trong phổi, trong khi con người chỉ trao đổi khoảng 17% không khí trong phổi.
