Les étoiles de mer absorbent de l'oxygène et dissipent le dioxyde de carbone à travers leurs pieds tubulaires, leur peau fine et un trou situé sur le dessus de leur corps, et font circuler les gaz dans tout leur corps à l'aide d'un système hydro-vasculaire. Leur système respiratoire est rudimentaire et parfois inexistant.
Les étoiles de mer dépendent de l'osmose, le processus de déplacement de particules à travers une membrane, afin de recueillir l'oxygène de l'eau environnante et de dissiper le dioxyde de carbone. Le trou sur le dessus de leur corps est appelé madréporite. L'eau est recueillie à travers la madréporite et remplit une cavité au centre du corps de l'étoile de mer appelée le coelome. Le coelome est traversé par un certain nombre de canaux corporels qui vont du centre de l'étoile de mer aux extrémités de chaque bras. Ces canaux se remplissent de l'eau du coelome. Les pieds tubulaires qui sont reliés à ces canaux se remplissent également d'eau. Le dioxyde de carbone s'écoule ensuite à travers la peau fine des pieds et du corps du tube de l'étoile de mer dans l'eau environnante tandis que l'oxygène traverse la membrane cutanée et dans le corps de l'étoile de mer. Le système vasculaire de l'eau, le réseau de canaux remplis d'eau qui croisent le corps de l'étoile de mer, transporte ensuite l'oxygène à travers l'étoile de mer. Le système vasculaire de l'eau fait la même chose avec les nutriments contenus dans les repas de l'étoile de mer et agit donc comme le système respiratoire, circulatoire et digestif de l'étoile de mer.
