Основная функция кровеносной системы - снабжение разных органов и тканей кислородом и питательными веществами, а также удаление побочных продуктов обмена веществ. Кровеносная система в основном состоит из сердца, а также сети артерий, вен и тонких капилляров. Сердце работает как насос. Оно находится рядом с жабрами и состоит из четырех камер: венозного синуса, предсердия, желудочка и артериального конуса (луковицы). Из них самые крупные - это предсердие и желудочек. Они настолько крупнее остальных, что иногда можно встретить утверждение, что этот орган состоит только из двух камер.

Общий вес крови рыбы составляет приблизительно 5% от веса тела. Сама кровь состоит из жидкости, которая называется плазмой. Она переносит растворимые вещества - в частности, питательные вещества, а также специальные красные и белые кровяные клетки. Назначение красных кровяных клеток (эритроцитов) состоит в том, чтобы переносить кислород от жабр к тканям тела. Каждая молекула кислорода связана с гемоглобином - пигментом, который присутствует в эритроцитах и придает им красную окраску. По своим функциям эритроциты рыб сходны с эритроцитами млекопитающих, но отличаются от них тем, что имеют ядро. Белые кровяные клетки, среди которых есть лимфоциты и другие типы клеток, играют значительную роль в иммунитете (это обсуждается ниже). Помимо переноса кислорода и питательных веществ, а также иммунной функции, кровь еще является тем путем, по которому гормоны попадают в нужные органы.

Кроме того, рыбы имеют лимфатическую систему. Лимфа циркулирует вокруг так называемой белой мышцы, используемой при кратких вспышках активности. Лимфа, объем которой примерно в четыре раза превышает объем крови, по составу подобна плазме крови, но не содержит красных кровяных клеток.