Dýchací systém ptáků je nejen ojedinělý, ale také nejvýkonnější ze všech obratlovců. Postupným vývojem se snižovala velikost a hmotnost plic a vzhledem k opeření odpadla možnost částečného kožního dýchání.

Plíce ptáků jsou ploché a pevné, nemají plicní sklípky a nejsou členěné na laloky. Mají čtyřúhelníkový tvar a při dýchání prakticky nemění svůj objem. Plíce jsou připojené ke stropu tělní dutiny, k páteři a žebrům, která se poměrně hluboce do plic zařezávají.

Ptákům chybí rovněž bránice, která u ostatních obratlovců odděluje břišní dutinu od hrudní.

Systém vzdušných cév (bronchiol) umožňuje ptákům dýchat i ve velkých výškách s nízkým obsahem kyslíku.

Vdechovaný vzduch vchází nosními dutinami (nozdrami) v zobáku, kde zároveň dochází k jeho filtraci a ohřátí. Ptáci mohou rovněž dýchat přímo poměrně dlouhou průdušnicí (trachea) při otevřeném zobáku, přes hrtan (larynx) s uzavíratelnou záklopkou (glottis). Vzhledem k tomu, že zde ptáci nemají hlasové vazy, využívají štěrbiny hrtanu pouze k syčení. Průdušnice je zpevněná chrupavčitými kroužky a u některých druhů ptáků (labutě, jeřábi) je výrazně prodloužena. V průměru bývá průdušnice ptáků zhruba 4x delší než u srovnatelných savců.

Na dolním konci průdušnice následuje její rozdvojení (bifurkace) na pravou a levou krátkou průdušku (bronchus), která vstupuje do plic a dále se dělí v plicní tkáni. V místě rozdvojení průdušnice je uložen hlasový orgán ptáků (syrinx), tvořený blánami, které bývají rozkmitány vzduchem vyráženým z plic.

U ptáků rozlišujeme 3 typy průdušek. První průdušky jsou uloženy mimo plicní tkáň. Druhým typem jsou průdušky, které se po vstupu do plicní tkáně dělí do 4 paprsků, rozbíhajících se do stran. Každý z těchto čtyř paprsků se dále větví na třetí typ - mnohačetné úzké trubičky - parabronchy. V parabronchu dochází k výměně dýchacích plynů (kyslík, oxid uhličitý). Vnitřní stěny jsou opatřeny bohatě prokrvenou dýchací výstelkou (epitelem), pod nímž se nachází síť svalových buněk, které zmenšují a zvětšují průměr parabronchů.

Jak již bylo řečeno, plíce ptáků nemění svůj objem, jsou prakticky nepohyblivé a jejich ventilaci zajišťují obvykle párové plicní vaky. Vzhledem k tomu, že se některé páry vaků spojují, nebo srůstají, může jejich počet kolísat zhruba od 7 vaků (pěvci) až po 12 vaků (bahňáci). Obecně lze říci, že na krku je pár krčních vzdušných vaků (sacci cervicales), dále meziklíčkový velký vak (saccus clavicularis), který obvykle bývá nepárový a nachází se mezi klíčními kostmi, poté v hrudní dutině je opět pár předohrudích vaků (sacci praethoracales) a za nimi pár zadohrudích vaků (sacci postthoracales). 

Dva nejmohutnější břišní vaky (sacci abdominales) se nachází v dutině břišní.

Nespornou funkcí vzdušních vaků je rovněž termoregulace. Proudící vzduch ve vacích tělo ochlazuje a tím zabraňuje přehřátí zejména v době, kdy se pták nemůže bránit slunečnímu záření, například při sezení na vejcích. Na druhé straně vaky ale také tělo ptáka tepelně izolují.

U potápek vzdušné vaky tlumí nárazy na vodní hladinu při střemhlavém potápění, nebo u jiných druhů (např.holubi) nadouváním a vyrážením vzduchu rezonují a mění frekvence vydávaných zvuků.

Vzdušné vaky mají přímé spojení s plícemi a dále jsou, s výjimkou krčních vaků, propojeny na třech až pěti vakovými průduškami (bronchi recurrentes), které usnadňují průtok vzduchu.

Vzdušné vaky můžeme rozdělit na dvě skupiny podle toho, jakým vzduchem jsou plněny.

Čerstvý vdechovaný vzduch bohatý na kyslík proudí přes původní plíce (paleopulmo) a plní zadohrudní a břišní vaky a z nich dále proudí do tzv.nové části plic (neopulmo), kde dochází k dalšímu odčerpání kyslíku. Vzduch chudý na kyslík pak plní předohrudní, meziklíčkový a krční vak a stahy je vytlačen do průdušnice a ven.

Frekvence dýchání je u různých druhů ptáků diametrálně odlišná. Například pštrosi v klidu dýchají 2x až 3x za minutu, menší ptáci zhruba 100x a kolibříci 200-300x za minutu. Při letu se frekvence vzroste průměrně 12x, naopak při velmi chladném počasí, nebo při nedostatku potravy někteří ptáci upadají do letargického stavu (torpor) a dech se zpomalí na 5 až 6 dechů za hodinu.

Při mávavém letu se počet tepů a dechů prakticky sjednocuje s pohybem křídel.

Sedící pták při dýchání rozšiřuje hrudník poklesem prsní kosti (obr.58), který je dán i tíhou létací svaloviny. Prsní kost odtlačí mezižeberní svaly, které zvětšují úhel mezi dvěma částmi žeber.

Při dýchání se pravidelně smršťuje a roztahují také srostlé klíční kosti (furcula). Pohyb sterna (prsní kosti), vyznačený šipkou, stlačuje vzdušné vaky a tím vyhání vzduch. Jednotlivá žebra jsou pohyblivá přes kloubní spojení.

Suchozemští ptáci obvykle při dýchání tedy rozšiřují hrudník odtlačováním prsní kosti (sternum), na rozdíl od ptáků vodních, kteří zvedají pánev a hřbetní páteř. Při plachtění ale ptáci dýchají shodně jako ptáci plovoucí, tedy rovněž zvedají hrudní páteř.

Vzhledem k tomu mají suchozemští ptáci silnější svaly, které rozšiřují hrudník při vdechu, kdežto ptáci vodní mají silnější svaly, které stahují hrudník při výdechu.

Ptačí organismus je velmi citlivý na oxid uhličitý, který je při dýchání odstraňován z těla plícemi, tedy lze říci, že i plíce patří mezi jakési vyměšovací orgány.