Kalat erottuvat suurelta osin muista eläimistä niiden sopeutumisesta ympäristöönsä, joka on tietysti vettä. Kalan fysiologia eroaa joillakin keskeisillä tavoilla maalla asuvien eläinten fysiologiasta. Suurimmat erot ovat siinä, miten kalat hengittävät tai saavat happea ja miten ne liikkuvat veden läpi. Kalat ovat myös tehneet muita merkittäviä fysiologisia muutoksia ympäristöönsä.
Kuten maalla elävät eläimet, kalat tarvitsevat happea selviytyäkseen. Ongelmana on, että vedessä on vain kaksi prosenttia ilman hapen määrästä. Lisäksi happipitoisuus laskee, kun vesi lämpenee, ja saastuneessa tai pysähtyneessä vedessä on myös vähemmän happea.
Kalat saavat happea pääasiassa kidustensa kautta. Avaamalla ja sulkemalla suunsa kalat siirtävät vettä kidustensa yli, jotka ovat täynnä tuhansia pieniä verisuonia, jotka imevät happea ja lähettävät sen verenkiertoon. Muutama kala voi ottaa happea muilla tavoilla. Esimerkiksi tarpon – suuri suolaisen veden kala, voi uida pintaan ja ottaa tarvittaessa hieman ylimääräistä happea. Keuhkokalalla on kidukset, mutta se saa paljon happea nielemällä ilmaa, joka täyttää jonkin verran keuhkoa muistuttavan pussin, joten sen nimi.
Kalan liikkuminen veden läpi on myös merkittävä osa kalojen fysiologiaa. Koska vesi on tiheää, kalan on oltava erittäin vahva voidakseen liikkua sen läpi. Kalalla on paljon lihaksia, jotka mahdollistavat uinnin. Evät mahdollistavat myös kalojen liikkumisen eteen- ja taaksepäin, ja niiden vahvat peräevät auttavat kuljettamaan niitä veden läpi. Suurimmalla osalla kaloista on seitsemän evättä, mutta joillakin on kuusi tai kahdeksan.
Uintirakko tai ilmarakko on toinen tärkeä osa kalan fysiologiaa. Kalat pysyvät kelluvina ja liikkuvat ylös ja alas vedessä vähentämällä tai lisäämällä ilman määrää uimarakkoissaan. Jotkut kalat käyttävät myös uimarakkoa äänen tehostamiseen.
Kalan fysiologia on sopeutunut ympäristöön muilla tärkeillä tavoilla. Useimmilla kaloilla on kalvosta valmistettu vaahtosuoja, joka suojaa kaloja vammoilta ja sairauksilta. Toinen tärkeä sopeutuminen liittyy nesteytyksen säilyttämiseen ja oikean suolatasapainon ylläpitämiseen, mikä on erityinen haaste suolaisen veden kaloille. Liiallinen suolan nauttiminen ei ole hyväksi, joten suolaisen veden kalat juovat vettä ja erittävät suolaa virtsansa ja kidustensa kautta. Makean veden kalat ottavat vettä kidustensa ja ihonsa kautta sen sijaan, että juoisivat sitä.