Gullfisk trenger å puste ilt for å overleve, men fordi de henter ilten fra vannet rundt seg, er respirasjonssystemet til fisk forskjellig fra landdyr. Mens landdyr bruker lunger til å skille ilt fra luften de puster, bruker fisk som gullfisk gillene sine for å få ilten kroppen trenger.
Munn
Respirasjonssystemet til en gullfisk begynner med munnens. For å puste, drar gullfisk inn vann gjennom munnen. I stedet for å svelge dette vannet, lukker gullfisken strupen for å lede vannet til gillene sine. Fra gillene flyter vannet ut av gullfiskens kropp. I motsetning til pattedyr, som puster inn og ut gjennom nesen og munnen, puster gullfisk ikke ut gjennom munnen.
Operkulum
Samtidig som en gullfisk åpner munnen for å puste, lukker den operkulum, de benaktige strukturene som dekker gillene. Operkulum er plassert på begge sider av gullfiskens kropp, bak øyene. Å lukke operkulum holder vannet i kontakt med gillene, slik at gullfisken kan utvinne så mye ilt som mulig. Operkulum kalles også «gilledeksler», og i motsetning til bruskfisk som haier, har bare benfisk dem.
Gill rakers og arches
De første delene av gillene som vannet når er gill rakers. Gill rakers fungerer som filtre og fanger partikler i vannet. Etter at alt skropp og avfallspartikler har blitt fanget av gill rakers, passerer vannet gjennom gill arches. Disse er strukturene som støtter de andre delene av gillene. Fra gill arches flyter vannet videre til gill filaments.
Gill filaments og lamellae
Gill filaments fører iltfattig blod gjennom gillene, og fører rekker av membraner hvor ilt og avfallsprodukter utveksles mellom blodet og vannet. Disse membranene kalles «lamellae», og de absorberer opp til 85 prosent av ilten i vannet, samtidig som de slipper ut karbondioksid tilbake i vannet for å bli utstøtt gjennom den åpne operkulum. Blodet som flyter gjennom gill filaments og lamellae beveger seg i motsatt retning av flytende vann, og maksimerer absorpsjonen av ilt i blodbanen.