人鱼在水上与水下使用不同的方式呼吸。在水下，主要通过鳃呼吸水中溶解的氧气；在水上时，通过特化了的鱼鳔经咽喉、食道与鳔管呼吸，同时辅以少许的皮肤气体交换。人鱼的喉咙构造与人类不同，因为他们不具有像人类那样的肺部，因此也没有与口鼻相连的气管，即使在水下也不会遭遇人类等用肺呼吸的生物那样“把水呛进气管”的问题。
目录
1 鳃
2 皮肤
3 鳔
4 鸣管
5 口鼻
鳃
人鱼的鳃位于脸部下颌两侧，被骨质鳃盖和皮肤覆盖。鳃表面密布大量微细血管以帮助吸收氧气，因此活人鱼的鳃呈鲜红色。在陆上的时候因为不需要使用鳃呼吸，鳃盖通常会自然合拢以保护鳃，仅能从后侧面观察到一道极细的缝。在水下，鳃盖会随人鱼用口吸水而呼吸的节奏有规律地开合以帮助从嘴进入的含氧水通过两鳃。
皮肤
人鱼体表覆盖鳞片的部位与鱼皮相似，具有鳞窝和带同心圆花纹（即年轮，与人鱼的年龄有关）的椭圆形或圆形鳞片。无鳞片区域的皮肤（或离开水后转变成无鳞片的皮肤）触感极其光滑。因适应水下生活，除头发以外往往全身无毛，表面覆盖一层极薄而难以察觉的水性粘液。当人鱼上岸时，该粘液层有助于气体溶解并透过皮肤进出血液循环中。
一般而言，人鱼使用皮肤呼吸所吸入/排出的气体比例随环境温度的改变而改变。低温条件下皮肤呼吸的比例较高，而随着温度的升高，鳔呼吸的比例也会提高。
鳔
人鱼的鳔横跨胸腔与腹腔，上部与脊椎骨连结，通过左右两根分岔、带有软骨支撑的的鳔管与食道相连。因为结构经过特化，所以人鱼的鳔结构比起鱼类的鳔与人类的肺部更为相似。坚韧而不透气的鳔壁因为密布用于气体交换的毛细血管而呈现粉红色，内部被多重薄膜分割为若干互相连通的小气室，从而增大了能进行氧气交换的黏膜与毛细血管面积。鳔管开口周围环绕的肌肉能通过放松与收缩来控制空气的进出，因此人鱼可以用增减鳔内空气的办法帮助自己快速地在水中上升下沉，在水中缺氧的时候也可以浮出水面用口吸气而辅助呼吸。
鳔除了是人鱼呼吸器官的一部分以外，还能起到辅助发音（下述）与补助听觉的作用。充满气体的鳔能够加强从外界传递到人鱼体表的声波振幅。人鱼前几块胸椎两侧有数对小骨，可在鳔与内耳之间以骨传导辅助听觉功能。此鳔-耳传递机构能帮助人鱼感受高频率（音域高）低强度（音量低）的声音，增强在水下的交流。
鸣管
人鱼并不具备人类那样的声带，而是利用胸腔内的的鸣管发声。人鱼的鸣管通常大而结构复杂，由位于两鳔管Y字形分岔处的内/外鸣膜、若干瓣膜、与两侧发达的数对鸣肌组成。鸣膜能随着呼吸时的气流振动而发出声音，其下方连通鳔。鳔内气体压力变化协同鸣肌的放松与收缩，影响鸣膜的张力及鸣管的弯曲度和内径。鳔管内侧的瓣膜能调节流经鸣管的气流大小及压力，从而改变频率。鳔两侧的肌肉能迅速收缩，调节鳔的容积与气流量，使其同时起到气囊与共鸣腔的作用。
在歌唱时，人鱼必须先浮头吸气（较快），或通过血液循环将鳃吸收的氧气储存在鳔中（较慢）。由于鸣管位于鳔管分岔之处，所以人鱼能够有意识地分隔鸣管两侧的腔，利用两侧鳔管同时发出不同的声音。一个训练有素的人鱼歌手甚至能够单独演唱二重唱歌曲。
而在说话时，因为人鱼的鸣管与人类的声带相似、与体轴形成直角而形成了有折节的空腔，则在鸣管发音的同时利用舌头进行调节，就能发出有分节性的语言音。
在水中唱歌会比在陆上唱歌/说话更难，因为发音必须依靠呼出鳔中气体进行，而缓慢的鳃呼吸-血液循环充气过程又往往不能满足长时间唱歌/说话的空气消耗所需；若一个人鱼在漂浮时（身体没有支撑时）因为长时间说话/唱歌而排出鳔中空气（排气速度超过了补给速度），他或她往往会逐渐下沉，直到鳃所吸收的氧气足够重新充满鳔为止。也因此人鱼在下潜到深海时不能唱歌/说话，因为鳔必须排气来帮助下潜；在鳔排气而萎缩的情况下，靠鳔本身与其周围肌肉协助的共鸣仍然能够发出比较单一的声音（这时候雌雄人鱼之间的声音往往差别不大），但是鸣管则会因为缺乏气流而无法使用。
一般说来，雌人鱼的声音圆润柔美，而幼年人鱼的声音清脆悦耳，明显地区别于雄人鱼发出的生硬刺耳的声音。这是因为成年雄人鱼有着较为短而粗厚的鸣膜、较直而宽的鳔管和更为僵硬的鸣肌。
当两侧鸣管受伤/病变严重时（例如因为胸部外伤），人鱼往往会永久性地失去使用鸣管歌唱/说话的能力（但只要鳔管并未阻塞，鳔共鸣发声的能力不会受影响）。若只有一侧鸣管受伤/病变而其他结构均完好的话，人鱼在说人鱼语的时候口齿不清到无法辨认的程度，但说通用语的能力或许不会受到影响。
口鼻
尽管存在呼吸系统上的巨大差别，但是人鱼和人类在喉咙的构造上只有些许不同，他们的软腭被肌肉控制，在进入水中时就会自动闭合鼻腔与咽的连接处，转而使用鳃呼吸；与此同时，人鱼因为没有肺、气管与声带，咽喉往下连通食道与消化道。如“鳔”段所述，鳔管上行至靠近颈部处与食道接合，开口处有肌肉环绕以控制空气进出，因此正常情况下并不会发生呛水的情况。而在上岸时软腭下垂打开连结鼻腔与食道的路径，鳃盖合拢，鳔在两侧肌肉的带动下开始通过口鼻呼吸。
因为食道与鳔管连通，上段食道阻塞对在陆地上的人鱼而言往往是致命的；一旦发生，则应该立刻将头部浸入水中改为用鳃呼吸，并排除阻塞的异物。