几乎所有的生物在呼吸过程中都需要氧气，虽然大气中的氧气很多（约占大气体积的1／5），但氧气较难溶于水，氧在水中的溶解性受温度和含盐量的影响。即使是在最大溶解度的情况下（0℃时在淡水中的溶解度），每升水中也只含有10毫升的氧气（即水体积的1／100），这只相当于空气含氧量的1／20。但在自然状态下，水体一般不会达到这样高的含氧量。溶氧是水生生物最重要的限制因素之一。
从水中摄取氧气，水生动物必须让水流不断流经呼吸器官，由于水有较高的粘滞性，要在呼吸器官周围经常保持水流并不容易，这种情况也限制着氧气的供应。对陆生动物来说，空气出入肺的速度是很快的，但对鱼和蛤来说，水流流经鳃的速度就要缓慢得多。据估计，在水含氧量较丰富的情况下（每升水含氧7毫升），水生生物获得1克氧气，必须有100 000克的水流过它的鳃。而陆生动物获得1克氧气只需吸入5克空气就够了。显然，要想从水中摄取氧气，必须消耗很多的能量用来推动水流，陆生动物维持呼吸运动所消耗的能量则是微不足道的。
空气中的氧是均匀分布的，而溶解在水中的氧，其分布是极不均匀的。通常位于大气和水界面处附近的氧气最丰富，随着水深度的增加，氧气的含量也逐渐减少。静水中的含氧量一般比流水中的含氧量要少。水生植物的光合作用也是水中溶解氧气的一个重要来源，但是在不太流动的水体中，动物和微生物耗氧过程往往对水体含氧量有更大的影响，因为植物的光合作用只能在水的表层有阳光的区域进行，而动物和微生物的呼吸作用则发生在水体的所有深度，特别是在水底的沉积层中呼吸作用最为强烈。在一个层次十分清楚的湖泊中，位于温跃层（thermocline）以下的下湖层（hypolimnion）中，生物的呼吸作用常常会把氧气耗尽，造成缺氧环境，并可减缓或中止生命过程。在污浊的沼泽地和深海盆地也常常会出现这样的缺氧环境，以致使有机沉积物难以被微生物分解而形成石油和泥炭层。