Fyziologické přizpůsobení k pobytu ve vodě
Tělo tučňáků má hydrodynamický (torpédovitý) tvar, s těžištěm dále než u létajících ptáků (koeficient odporu jejich těla činí 0,03, což je 10x méně, než dosahují moderní ponorky). Kosti tučňáků nejsou pneumatizované, proto je hustota jejich těla vyšší než u ostatních ptáků (blíží se hustotě vody), což výrazně usnadňuje potápění. Nohy jsou výrazně posunuty dozadu a mezi třemi prsty mají plovací blánu, při plavání jsou používány pouze jako kormidlo. Kvůli umístění nohou se tučňáci pohybují na souši vzpřímeně. Páteř je velmi ohebná, umožňuje ve vodě prudké obraty (otočky až o 180° za pouhou pětinu sekundy).
Tučňáci jsou dokonalí plavci, dosahující pod vodou rychlosti až přes 20 km/hod, což je více než u světových rekordmanů v plavání (více zde). V klidu mávají křídly asi 30× za minutu, při rychlém pohybu zvyšují frekvenci až na 200 úderů. Peří uvolní vzduch ve formě drobných bublinek. Ty snižují hustotu a viskozitu vody kolem jeho těla, zmenšují tření a umožňují mu dosahovat rychlostí, které by jinak nedokázal vyvinout. Dodatečnou výhodou tohoto zvýšení rychlosti je možnost vyhnout se predátorům, například tuleňům leopardím. Klíčem k této dovednosti tučňáků je jejich peří. Jako ostatní ptáci i tučňáci se umějí načechrat a vytvářet si na těle vzduchovou izolační vrstvu. Avšak zatímco většina ptáků má peří v řadách, mezi nimiž je holá kůže, kůže tučňáků je peřím pokrytá hustě a rovnoměrně. A jelikož každé pero má ve spodní části drobná vlákénka - o průměru jen asi 20 mikrometrů, což je méně než polovina šířky tenkého lidského vlasu - vzduch se v této jemné spleti chmýří zachycuje a může být uvolňován jako mikrobublinky, které vytvářejí na povrchu tučňáčího peří kluzký povlak.
Při potápění se běžně potápějí do hloubky 1-100 metru a vydrží v ní kolem 1-9 minut. Dokážou se však potopit mnohem hlouběji. Dosavadním rekordmanem je tučňák císařský, který byl spatřen v hloubce 565 metrů. Díky fyziologickému přizpůsobení tak dokážou vydržet pod vodou až 30 minut. Červené krvinky tučňáků dovedou vázat větší množství kyslíku, krevní barvivo (myoglobin) je obsaženo i ve svalech (umožňuje vázat až 15% potřebného kyslíku). Dále tučňáci snižují během ponoru tepovou frekvenci z 80-100 tepů na pouhých 60, 20 či jen 5 tepů za minutu. Většina kyslíku je při potápění hnána do mozku, svaly mohou po vyčerpání kyslíku štěpit glykogen na kyselinu mléčnou. Protože nejsou kosti tučňáků vyplněné vzduchem (nejsou duté), ale jsou velmi pevné, zabrání tak mechanickému barotraumatu. Není ale známo, jak přesně se tučňák vypořádává s dekompresní nemocí.
Hlavním orgánem pohybu ve vodě jsou křídla, přeměněná ve veslovité útvary (křídla tučňáků mají jen 3,5 % plochy křídel potřebných k letu). Kostra křídel odpovídá křídlům létajících ptáků, kosti jsou však silně zploštělé a zpevněné v loketním a zápěstním kloubu přidanými kůstkami, které brání jeho ohýbání. Silně vyvinuté jsou prsní svaly a hřeben na prsní kosti.
