در مقايسه با ديگر مهره‌داران، ماهي‌ها معمولاً نسبت به اندامشان، مغز كوچكي دارند؛ عموماً وزن مغز يك ماهي يك-پانزدهم وزن مغز يك پرنده يا پستاندار هم‌رديفش (از نظر بزرگي) است.[۲۳] با اين حال ماهي‌هايي وجود دارند كه مغز نسبتاً بزرگي دارند، از آن ميان مي‌توان به پيل‌ماهيان و كوسه اشاره كرد. سنگيني مغز اين ماهي‌ها همانند پرندگان و كيسه‌داران است.[۲۴]
مغز يك ماهي به چندين ناحيه تقسيم مي‌شود. در پيش، پياز بويايي قرار دارد. يك ساختار زوج كه سيگنال‌هاي فرستاده شده از سوراخ‌هاي بيني را به كمك دو عصب بويايي، دريافت و پردازش مي‌كند.[۲۳] براي ماهي‌هايي كه با كمك حس بويايي شكار مي‌كنند مانند كوسه‌ها، گربه ماهي‌ها و بي‌فك‌ماهي‌ها، پياز بويايي بسيار بزرگ است. در پشت پياز بويايي، دو عضو با ساختاري همانند مخِ آب‌پرده‌داران پيشرفته وجود دارد. در ماهي‌ها، مخ بيشتر درگير حس بويايي است.[۲۳] كل اين ساختار با هم مغز پيشين يا پيش‌مغز (forebrain) نام دارد.
همانند بسياري از آبزيان، بيشتر ماهي‌ها مواد نيتروژن دار نامناسب را به شكل آمونياك از بدن خود خارج مي‌كنند. برخي از مواد زائد از راه آبشش‌ها واپخش مي‌شود. مواد زائد موجود در خون به كمك كليه‌ها فيلتر مي‌شود.
ماهي‌هاي آب‌هاي شور ترجيح مي‌دهند به دليل پديدهٔ گذرندگي آب از دست دهند. كليه‌هاي آنها آب را به بدن بازمي‌گرداند؛ در ماهي‌هاي آب‌هاي شيرين اين پديده برعكس است؛ آنها دوست دارند بدنشان آب بدست آورد. كليه‌هاي آنها براي دفع مواد زائد ادراري رقيق خارج مي‌كند. برخي ماهي‌ها اندام‌هايي پيشرفته تر دارند كليه‌هاي آنها به گونه‌اي است كه به آنها اجازه مي‌دهد هم در آب‌هاي شور و هم در آب‌هاي شيرين زندگي كنند.
داشتن آرواره به ماهي‌ها اجازه مي‌دهد تا گروه‌هاي گوناگوني از مواد خوراكي را مصرف كنند از گياهان گرفته تا موجودات زندهٔ ديگر. ماهي‌ها پس از بلعيدن غذا در مري آن را به مواد ريزتر تبديل مي‌كنند و در معده غذا را بيشتر گوارش مي‌كنند. بسياري از ماهي‌ها اندامي انگشت مانند به نام كورروده دارند كه آنزيم‌هاي گوارشي را ترشح مي‌كند و مواد مغذي را جذب مي‌كند. همان‌طور كه مواد خوراكي مسير خود را در دستگاه گوارش مي‌پيمايند اندام‌هايي مانند كبد و لوزالمعده چندين آنزيم و مادهٔ شيميايي ديگر به آنها مي‌افزايند. روده گام آخر گوارش است و مواد مغذي در آنجا جذب مي‌شوند.
دستگاه گردش خون ماهي‌ها به صورت يك حلقهٔ بسته است. به اين معني كه قلب خون را در يك حلقه در سراسر بدن به گردش درمي‌آورد. در بيشتر ماهي‌ها قلب چهار بخش دارد شامل دو محفظه، يك بخش ورود و يك بخش خروج.[۲۲] بخش نخست كه سينوس ونوسوس نام دارد كيسه‌اي با ديوارهٔ نازك است كه خون را پيش از آنكه به بخش دوم، دهليز برسد از سياهرگ مي‌گيرد. دهليز خود يك محفظهٔ ماهيچه‌اي بزرگ است كه مانند يك راه يك طرفه خون را به بخش سوم، بطن مي‌برد. بطن ديواره‌هاي ماهيچه‌اي ضخيم دارد خون را نخست به بخش چهار (يك لولهٔ ماهيچه‌اي بزرگ) و سپس به بيرون قلب پمپ مي‌كند. بخش چهار كه پياز شرياني نام دارد به آئورت متصل است و از اين راه خون به آبشش‌ها مي‌رسد.
برخي ماهي‌ها مي‌توانند با كمك ساز و كارهاي متفاوت از هوا، اكسيژن بگيرند. پوست مارماهي مهاجر مي‌تواند به صورت مستقيم اكسيژن هوا را جذب كند. مارماهي الكتريكي از راه حفرهٔ دهاني (بوكال) هوا را تنفس مي‌كند. گربه‌ماهي‌هاي خانواده‌هاي مكنده‌دهانان، زره‌دار و گربه‌ماهي خاردار كوتوله هوا را از راه دستگاه گوارش خود جذب مي‌كنند.[۲۱] شُش‌ماهي‌ها به جز شش‌ماهي استراليايي و اژدرسانان يك جفت شُش همانند چهاراندامان در بدن خود دارند آنها هواي تازه را از راه دهان خود به داخل مي‌كشند و هواي مصرف شده را از راه آبشش خود بيرون مي‌كنند. ماهي سرسوسماري و كمان باله درون بدنشان كيسه‌هاي هواي داراي رگ‌هاي خوني دارند كه به كمك آن اكسيژن هوا را جذب مي‌كنند. كپورماهي‌سانان، درنده‌ماهيان و بسياري از گربه‌ماهي‌سانان هواي عبوري را از راه شكم خود تنفس مي‌كنند. گل‌خورك‌ها درست مانند قورباغه‌ها، هواي عبوري را از راه پوست خود جذب مي‌كنند. بسياري از ماهي‌ها ابزارهاي جذب اكسيژن از هوا را دارند، مازماهياني مانند گورامي و ماهي بتا در بالاي آبشش خود اندامي هزارتومانند (مازمانند) دارند كه اين كار را برايشان انجام مي‌دهد. ماهي‌هاي ديگر هم وجود دارند كه يا اندامي همانند مازماهيان دارند يا كاركردي مانند آنها دارند تا اكسيژن را از هوا بيرون بكشند از آن جمله مي‌توان به ماهيان سرماري و چند مورد گربه ماهي اشاره كرد.
تنفس هوا براي ماهياني كاربرد دارد كه در آب‌هاي كم عمق يا آب‌هايي كه به صورت فصلي ميزان غلظت اكسيژن شان كم مي‌شود كاربرد دارد. ماهي‌هايي كه تنها از اكسيژن محلول در آب تنفس مي‌كنند مانند ماهي لوتي و سيكليدها در چنين آب‌هايي به سرعت از بين مي‌روند در حالي كه ماهي‌هايي كه هوا هم تنفس مي‌كنند مي‌توانند براي مدت طولاني تري دوام آورند؛ حتي در مواردي در گِل مخلوط با آب هم مي‌توانند زنده بمانند. در حالت شديد تر برخي ماهي‌هاي تنفس كنندهٔ هوا مي‌توانند در گودال‌هاي مرطوب، بدون آب براي چند هفته زندگي كنند؛ در اين حالت آنها در يك حالت رخوت و بي حالي زندگي مي‌كنند تا دوباره به آب برسند.
بيشتر ماهي‌ها با كمك آبشش‌هايي كه در دو طرف حلق خود دارند از آب اكسيژن بدست مي‌آورند. آبشش‌ها ساختاري رشته‌اي دارند. هر يك از اين رشته‌ها داراي شبكه‌اي از مويرگها است كه سطح بزرگي را براي تبادل اكسيژن و كربن دي‌اكسيد پوشش مي‌دهد. ماهي‌ها براي تبادل اكسيژن آبي كه سرشار از اكسيژن است را از راه دهان به داخل مي‌كشند و آن را با فشار از آبشش‌ها رد مي‌كنند. در برخي ماهي‌ها خون مويرگها در خلاف جهت آب ورودي حركت مي‌كند و باعث مي‌شود تبادل متقابل روي دهد. آبشش‌ها آبي كه اكسيژنش را از دست داده از راه بازشوهاي دو طرف حلق به بيرون مي‌رانند. در برخي ماهي‌ها مانند كوسه و مكنده‌ماهي، آبشش‌ها داراي چندين بازشو اند در حالي كه در ماهي‌هايي مانند ماهيان استخواني هر آبشش تنها يك خروجي در هر طرف دارد كه اين خروجي هم زير يك پوشش استخواني نگهدارنده پنهان است.
اژدرسانان جوان داراي آبشش بيروني اند، اين ويژگي در آنها همانند برخي دوزيستان است.
عبارت «ماهي» به صورت دقيق تر توصيف كنندهٔ هر جانور غيرچهاراندامي جمجمه‌داري (جانوري با جمجمه و در بيشتر موارد داراي استخوان پشت) است كه در طول زندگي آبشش دارد و دست و پاهايش (اگر داشته باشد) همانند باله‌اند.[۱۱] برخلاف گروه‌هاي پستانداران و پرندگان، ماهي‌ها يك كلاد تكي نيستند بلكه مجموعه‌اي نافراگير از آرايه‌هاي زيستي اند. شامل: مخاطي‌واران، مكنده‌ماهي‌ها، غضروف‌ماهيان، پرتوبالگان، تهي‌خارها و شُش‌ماهيان[۱۲][۱۳] در حقيقت تهي‌خار و شُش‌ماهي از همهٔ گروه‌هاي ماهي‌ها به چهاراندامان (مانند پستانداران، پرندگان، نرم‌دوزيستان و ...) نزديكتر است؛ بنابراين نزديك‌ترين نياي مشترك همهٔ ماهي‌ها يكي از اجداد چهاراندامان نيز مي‌باشد. از آنجايي كه گروه‌هاي نافراگير در دانش امروزي ديگر به رسميت شناخته نمي‌شوند از اين رو در سامانه‌شناسي زيستي از كاربرد عبارت «ماهي» به عنوان يك گروه پرهيز مي‌شود.
بسياري از آبزيان كه در كاربرد معلوم، به عنوان ماهي معروف شده‌اند با توجه به توضيحات بالا ديگر ماهي دانسته نمي‌شوند از آن جمله مي‌توان اشاره كرد به: سپيداج، ستاره دريايي، خارچنگ، حلزون صدف‌دار و عروس دريايي. در گذشته حتي زيست شناسان هم تفاوتي ميان انواع آبزيان نمي‌ديدند و مواردي مانند تمساح، اسب آبي، دوزيستان، نهنگ‌ها، خوك دريايي و بسياري از بي مهرگان دريا را به عنوان ماهي دسته‌بندي مي‌كردند.[۱۴] اما در دانش امروز همهٔ پستانداران از جمله آب بازساناني همچون نهنگ و دلفين به عنوان ماهي دانسته نمي‌شوند. در كاربردهاي ديگر مانند آبزي‌پروري ماهي تنها به جانوران باله دار گفته مي‌شود تا از ديگر اعضاي گروه جدا شوند.
گروه نافراگير ماهي‌ها عبارت است از هر كلادي شامل همهٔ ماهي‌ها و همچنين چهارانداماني كه ماهي نيستند. به صورت سنتي ماهي‌ها به سه رده اي كه منقرض نشده‌اند تقسيم مي‌شدند و گونه‌هاي منقرض شده هم گاهي در ميانهٔ اين درخت قرار مي‌گرفتند گاهي هم رده‌اي ويژهٔ خودشان به آنها تعلق مي‌گرفت:[۷][۸] در زير علامت † براي گونه‌هاي منقرض شده است.
ردهٔ بي‌آروارگان
زيرردهٔ دهان‌گردان (مخاطي‌واران و مكنده‌ماهي)
زيرردهٔ صدف‌پوستان (ماهي بي‌آروارهٔ زرهي)†
ردهٔ غضروف‌ماهيان
زيرردهٔ نرم‌آبشش‌داران (كوسه و پرتوماهي)
زيرردهٔ درست‌سران (موش‌ماهي و خانوادهٔ منقرض شدهٔ آن)
ردهٔ تخته‌پوستان (ماهي زرهي)†
ردهٔ خارپايگان (گاهي كوسه‌هاي خاردار در ردهٔ ماهيان استخواني جاي مي‌گيرند)
ردهٔ ماهيان استخواني
زيرردهٔ پرتوبالگان
زيرردهٔ گوشتي‌بالگان (نياي چهاراندامان)
رده‌بندي كه در بالا ارائه شد در كارهاي عمومي و غيرحرفه‌اي كاربرد دارد. اما ماهي‌ها به گروه‌هايي با جزئيات دقيق تر تقسيم شده‌اند كه در ادامه گروه‌هاي اصلي آنها آورده شده‌اند:
ردهٔ Myxini (مخاطي‌واران)
ردهٔ بال‌سپرريختان † (ماهي‌هاي بي آروارهٔ نخستين)
ردهٔ پستانك‌دندانان †
ردهٔ بي‌سپران †
ردهٔ دهان‌گردواران
Petromyzontidae (مكنده‌ماهي)
ردهٔ قيف‌دندانان †
ردهٔ سرسپرريختان † (ماهي‌هاي بي آروارهٔ نخستين)
(بدون رده‌بندي) كلاه‌خودسپران †
(بدون رده‌بندي) پندارسپران †
(بدون رده‌بندي) استخواني‌زرهان †
فروشاخه آرواره‌داران (آرواره دار مهره دار)
ردهٔ تخته‌پوستان † (ماهي زرهي)
ردهٔ غضروف‌ماهيان (ماهي غضروفي)
ردهٔ خارپايگان † (كوسهٔ خاردار)
بالا-رده ماهيان استخواني (ماهي استخواني)
ردهٔ پرتوبالگان
زيرردهٔ غضروفي‌استخوانان
راستهٔ تاس‌ماهي‌سانان (ماهيان خاوياري و پوزه‌پارويي)
راستهٔ اژدرسانان (طناب‌ماهي و اژدرسانان).
زيرردهٔ نوبالگان
فرو-ردهٔ درست‌استخوانان (ماهي سرسوسماري و كمان‌باله)
فرو-ردهٔ تكميل‌استخوانان (راسته‌هاي زياد با ماهيان مشترك)
ردهٔ گوشتي‌بالگان
زيرردهٔ پرتوتاران (تهي‌خارها)
زيرردهٔ Dipnoi (شش‌ماهي)
ماهي يك گروه فراگير نيستند از اين رو فرگشت ماهي به عنوان يك «رويداد تكي و غيروابسته» مورد بررسي قرار نگرفته است.[۶]
سنگواره‌هاي يافت شده از ماهي‌هاي نخستين عبارت است از دسته‌اي از جانوراني كوچك، بدون آرواره با پوشش زرهي به نام صدف‌پوستان. بيشتر دودمان ماهي‌هاي بي آرواره منقرض شده است يكي از آنها كه هنوز موجود است مكنده‌ماهي است كه مي‌توان گفت تقريباً يادآور ماهي‌هاي بي آروارهٔ نخستين است. نخستين آرواره‌ها در ميان سنگواره‌هاي تخته‌پوستان پيدا شده است. گستردگي مهره داران آرواره دار نشان دهندهٔ آن است كه داشتن دهاني با آرواره يك برتري بسيار مهم است. البته هنوز روشن نيست كه مزيت داشتن آرواره‌هايي كه به هم لولا شده‌اند در اين است كه جانور بهتر مي‌تواند گاز بگيرد يا تنفس آن بهبود پيدا كرده يا تركيبي از عوامل.
احتمالاً ماهي‌ها تكامل يافتهٔ كوزه‌داراني مرجان مانند اند چون كِرمينهٔ آنها از جهات مهمي بسيار همانند ماهي‌هاي نخستين است.
ماهي نام يك دسته از جانداران خون‌سرد آبزي است. ماهي‌ها به كمك باله در آب حركت مي‌كنند كه هنگام دور زدن از باله‌هاي سينه‌اي و هنگام حركت سريع از بالهٔ دمي استفاده مي‌كنند. پوست بدن ماهي‌ها از پولك پوشيده شده است و لغزنده است. ماهي‌ها با آب‌شش‌هاي دو طرف سر خود تنفس مي‌كنند. ماهي‌ها در آب تخم‌ريزي مي‌كنند و از هر تخم يك ماهي متولد مي‌شود.
ماهي‌ها اعضاي گروه نافراگيري از موجودات زنده‌اند كه همهٔ آبزيان آبششدار جمجمه‌دار كه دست و پاي آنها انگشت ندارد در اين دسته جاي مي‌گيرد. دسته‌هايي مانند مخاطي‌واران، مكنده‌ماهي‌ها، غضروف‌ماهيان و ماهيان استخواني همگي از اين جمله‌اند. بيشتر ماهي‌ها خونسردند به عبارت ديگر اجازه مي‌دهند تا دماي بدنشان با دماي فضاي پيرامون تغيير كند از اين رو برخي شناگران چابك و بزرگ مانند كوسه بزرگ سفيد و ماهي تن دماي دروني بدنشان را كمي بالاتر نگه مي‌دارند.[۱][۲] ماهي‌ها در آب‌هاي جهان رها شده‌اند تقريباً در هر محيط آبي مي‌توان ماهي پيدا كرد از جريان‌هاي تند آب كه از بالاي كوه‌ها سرچشمه مي‌گيرد (مانند ماهي تندابه) تا منطقهٔ مغاكي و حتي ناحيهٔ هدل در عميق‌ترين نقاط اقيانوس (مانند مارماهي‌سانان پليكاني و قلابچه‌ماهي) ماهي زندگي مي‌كند. ماهي‌ها ۳۳٬۱۰۰ گونهٔ توصيف شده دارند كه در ميان مهره داران گسترده‌ترين گونهٔ جانوري است.[۳]
ماهي يكي از منابع مهم براي انسان‌ها است بويژه منبع خوراكي. ماهيگيران عمده يا افرادي كه تنها براي گذران زندگي ماهي مي‌گيرند اين جانور را از فضاي وحش صيد مي‌كنند (نگاه كنيد به ماهي‌گيري يا پرورش ماهي) يا از استخرها يا قفس‌هايي كه در اقيانوس كار گذاشته‌اند (نگاه كنيد به آبزي‌پروري) ماهي بدست مي‌آورند. همچنين برخي ماهي را براي فروش به عنوان حيوان خانگي صيد مي‌كنند و در آكواريوم‌ها به نمايش مي‌گذارند. علاوه بر اين موارد ياد شده ماهي در ميان برخي فرهنگ‌ها نقش ايزدي هم داشته و به عنوان نماد مذهبي يا هنري در كتاب‌ها و فيلم‌ها از آن ياد شده است.