Ptáci mají dokonale vyvinutou cévní soustavu, aby při aktivním pohybu docházelo k dostatečnému zásobení svalů kyslíkem a potřebnými živinami, a dále k důslednému odstraňování odpadních látek, zejména oxidu uhličitého.

Svoji anatomickou stavbou se cévní soustava ptáků podobá soustavě savců a plazů, ale na rozdíl od nich mají ptáci zachovaný pouze pravý aortální oblouk a stejně jako plazi je vyvinutý ledvinový vrátnicový oběh, který u savců chybí.

Pomocí krevního oběhu se v těle šíří nezbytné regulační látky – hormony.

Relativně k poměru hmotnosti těla mají ptáci největší srdce ze všech obratlovců, dosahuje až 20% celkové hmotnosti, vzhledem ke své mimořádné pohybové aktivitě.

Také aktivně řízená stálá tělesná teplota ptáků je oproti ostatním obratlovcům vysoká.

Tato teplota se pohybuje v rozmezí od 40 do 44°C a k jejímu udržení výrazně přispívají tepelně izolační vlastnosti prachového peří.

Ptáci mají absolutně nejvyšší krevní tlak, který dosahuje hodnoty až 200mmHg, krocani dokonce při systole (srdeční stah) dosahují až 400mmHg a rovněž tepová frekvence je vysoká, pohybuje se obvykle v hodnotách 200 až 600 tepů za minutu.

Vysoký krevní tlak u ptáků často způsobuje například při stresu, nebo úleku, prasknutí aorty.

Proto třeba vodní ptáci již po 6 sekundách pod vodou výrazně snižují tlak (bradykardie), v nozdrách mají speciální receptory, které vyvolají přerušení dechu po styku s vodou.

Cévní soustavu ptáků tvoří uzavřený krevní oběh s dokonale oddělenou pravou a levou polovinou čtyřkomorového srdce. Srdce představuje silný dutý sval zajišťující plynulý oběh krve v celém organismu. Čerstvě okysličená krev se tedy nemísí s krví odkysličenou, levá polovina srdce pracuje s krví okysličenou v plících, zatímco pravá polovina přijímá z těla odkysličenou krev.

Srdce ptáků má kuželovitý tvar, širším koncem mířícím k hlavě a je uloženo uprostřed těla. 

Široká prsní kost velmi dobře chrání srdce před vnějšími nárazy. Spodní hrot srdce zasahuje až mezi oba laloky jater a někdy bývá i částečně odtlačován svalnatou částí žaludku.

Nejsilnější svalovinu má levá srdeční komora, naopak nejslabší mají obě předsíně. Horní dutou žílou (vena cava cranialis – superior) a dolní dutou žílou (vena cava caudalis – inferior) přitéká krev z těla do pravé předsíně a otevřenou chlopní, kterou u ptáků tvoří pouze svalovinová přepážka místo trojcípé chlopně, dále do pravé komory. Stahem pravé komory  je krev vytlačena plicní tepnou (arteriae pulmonalis) do plic, kde dochází k jejímu okysličení. Plicními žílami (venae pulmonales) se okysličená krev vrací do levé předsíně a přes dvojcípou chlopeň do levé komory. Silným stahem levé komory okysličená krev proudí srdečnicí (aorta) do celého těla.

Srdečnice - aorta je opatřena drobnými chlopně, které zabraňují zpětnému toku krve. Obdobně je vybavena i plicní arterie. Z aorty vychází levá podklíčková tepna (arteria subclavia sinistra) a levá společná krkovice (arteria karotis communis), jejíž větve jsou u mnoha ptáků propojeny početnými cévními spojkami (anastomosae), které umožňují prudké otáčení hlavy, aniž by mohlo dojít k zablokování průtoku krve.     

Mozek je zásobován levou a pravou podklíčkovou tepnou (arteria subclavia dextra), které vstupují do lebky týlním otvorem.

Dolní končetiny jsou zásobovány silnými stehenními tepnami (arteria femoralis). Dalšími větvemi aorty jsou zásobovány ledviny, vaječníky, varlata, tenké a tlusté střevo.

Do zadní duté žíly ústí přívodná žíla (vena coccygomesenterica), která střídá několikrát průchod krve játry a ledvinami pomocí vrátničních žil. Tento způsob je nejen důležitý pro transport a tvorbu glykogenu (krevní cukr) a bílkovin, ale i pro zpracování tuků a pro odstraňování škodlivých látek z krve.                                                       

Srdce je uloženo v osrdečníku (perikard), který je naplněný žlutavou tekutinou. Má vlastní převodní systém, pracuje nezávisle na vůli svého nositele.

Podněty k rytmickým stahům (systola) a ochabnutím (diastola) jsou dány elektrickými impulzy, vznikajícími přesuny iontů draslíku a sodíku v buňkách sinusového uzlíku, který se nachází v pravé předsíni, v místě vstupu duté žíly. 

Šíření elektrických potenciálů způsobuje postupné stahy svaloviny předsíní a komor.

Akční potenciály srdce se šíří i na povrch těla a je možné zaznamenat tyto vzruchy na elektrokardiogramu.

Zvýšení tepové frekvence (tachykardie) se děje pomocí přenašečů noradrenalinu (sympaticus), naopak její snížení (bradykardie) přenašeči acetylcholinu (parasympaticus).  

V krevním oběhu kolísá množství krve u jednotlivých druhů ptáků od 3% do 13% tělesné hmotnosti. Objem krve nelze změřit pouze prostým vykrvením, neboť takto získáme pouze asi 50% celkového množství. Další zhruba polovina množství krve zůstává v kapilárách, žilných splavech a dalších cévách.

Krev se skládá z krevních elementů (buněk) a krevní plazmy. Krevní buňky tvoří červené krvinky (erytrocyty) a bílé krvinky (trombocyty). Plazma je tekutá složka krve, ve které jsou kromě organických a anorganických látek rozptýleny krevní buňky.

Podíl krevní plazmy a krvinek je zhruba 55% ku 45%. Tento podíl se pochopitelně liší u mladých a dospělých ptáků, nebo u samců a samic. Objemový podíl krvinek, tedy krevních buněk – hematokrit – se zjišťuje odstředěním sloupce nesrážlivé krve.

Ptačí červené krvinky – erytrocyty – mají oválný tvar a na rozdíl od krvinek savců jsou větší a mají buněčné jádro, které je na obou stranách výrazně vypuklé. Červené krvinky ptáků mají poměrně malou životnost, v průměru asi 30 dnů (např. u člověka je to až 120 dnů), což může být způsobeno vysokou látkovou výměnou. K odbourávání starých červených krvinek dochází zejména v kulovité ptačí slezině.

Důležitou součástí krevní plazmy erytrocytu je hemoglobin (červené krevní barvivo), jehož stavba je podobná jako u savců. Čtyři bílkovinné řetězce na sebe váží barevnou část (hem) s obsahem železa. Každý atom železa váže molekulu kyslíku a tak jedna okysličená molekula hemoglobinu přenáší čtyři molekuly kyslíku.

Ještě větší množství kyslíku dokáže vázat pozměněná stavba hemoglobinu vodních ptáků, kteří se potápí na delší dobu, a nebo též vysokohorských ptáků, létajících ve výškách až 10 000 m, kde je parciální tlak kyslíku velmi nízký a z hlediska množství na úrovni hladiny moře je v poměru asi dvacetiprocentní.

Bílé krvinky – trombocyty – tvoří se ve slezině a můžeme je rozdělit na T a Blymfocyty, monocyty a granulocyty. Lymfocyty jsou v krvi nejvíce zastoupeny a jejich buňky mají velké jádro, které často vyplňuje prakticky celou buňku. Lymfocyty dozrávají v brzlíku a ve Fabriciově kapse (váček na horní stěně kloaky), která se vyskytuje u mladých ptáků a funguje jako druhotný brzlík. Lymfocyty produkují obranné protilátky k odstranění cizorodých bílkovinných látek z organismu. T-lymfocyty udržují buněčnou imunitu, zatímco B-lymfocyty humorální imunitu (detekují a odstraňují antigeny). Monocyty mají menší jádro a pohlcují choroboplodné zárodky (fagocytóza) při infekcích. Jejich počet jednorázově dramaticky vzrůstá při vzniklé infekci. Granulocyty se výrazně liší od lymfocytů a monocytů tím, že v buněčné plazmě mají zrníčka. Také tento typ bílých krvinek odstraňuje infekční choroboplodné zárodky z organismu a jejích počet se v těchto případech výrazně zvyšuje.