Selon l'espèce, une tortue peut rester sous l'eau pendant des heures, des jours, des semaines voire des mois. Pendant l'hibernation, les tortues peintes restent sous l'eau tout l'hiver. Les tortues qui passent beaucoup de temps sous l'eau ont développé des moyens spécialisés de capturer l'oxygène de l'eau environnante via des branchies, des cellules spéciales ou leur peau.
Certaines tortues qui ont besoin de remonter à la surface pour absorber de l'oxygène sont connues pour retenir leur respiration pendant de très longues périodes. Par exemple, la tortue luth peut retenir son souffle jusqu'à 7 heures d'affilée. D'autre part, la tortue musquée commune a éliminé son besoin de refaire surface en développant des cellules spéciales sur sa langue appelées papilles qui lui permettent de séparer l'oxygène de l'eau pendant que la tortue est immergée.
La National Oceanic and Atmospheric Administration déclare que les tortues marines peuvent rester sous l'eau pendant deux heures sans respirer. Cela suppose que l'animal est au repos et non actif. Lorsqu'elle est active, une tortue de mer doit revenir à la surface de l'océan toutes les quelques minutes. La tortue luth est la plus grande de toutes les tortues, capable d'atteindre une longueur de 6 pieds et de peser 1 400 livres.
