Denizyıldızı oksijen alır ve karbondioksiti tüp ayakları, ince derileri ve vücutlarının üstündeki bir delikten atar ve bir su-vasküler sistem kullanarak gazları vücutlarında dolaştırır. Solunum sistemi ilkel ve bazen de yoktur.
Denizyıldızı, çevreleyen sudan oksijen toplamak ve karbondioksiti gidermek için bir zar boyunca hareket eden parçacıkların süreci olan ozmoza dayanır. Vücutlarının üstündeki deliğe madreporit denir. Su, madreporitten toplanır ve denizyıldızının vücudunun ortasındaki coelom adı verilen boşluğu doldurur. Coelom, denizyıldızının merkezinden her bir kolun uçlarına kadar uzanan bir dizi vücut kanalıyla kesişmektedir. Bu kanallar, deve suyundan su ile doldurulur. Bu kanallara bağlı tüp ayakları da suyla doldurulur. Karbondioksit daha sonra, denizyıldızının tüp ayaklarının ince cildinden ve vücudun etrafındaki suya akarken, oksijen cilt zarından ve denizyıldızının gövdesinden geçer. Su-damar sistemi, denizyıldızının gövdesine kesişen su dolu kanal ağı, daha sonra da denizyıldızı boyunca oksijeni taşır. Su-vasküler sistemi, denizyıldızının yemeklerinden elde edilen besinlerle aynı şeyi yapar ve bu nedenle denizyıldızının solunum, dolaşım ve sindirim sistemi gibi davranır.
