thumb|300px|Schematisk beskrivning av en typisk fågels yttre anatomi (topografi): 1. Näbb, 2. Hjässa, 3. Iris, 4. Pupill, 5. Framrygg (mantel), 6. Mindre täckare, 7. Skulderfjädrar, 8. Täckare, 9. Tertialer, 10 Övergump, 11 Handpennor, 12 Undergump, 15 Tars, 16 Fot, 17 Tibia, 18 Buk, 19 Kroppssida, 20 Bröst, 21 Strupe, Fåglars anatomi och fysiologi uppvisar flera unika anpassningar, främst för att underlätta flygning. Fåglar har lätta skelett och lätt men kraftfull muskulatur som, tillsammans med hjärt-, kärl- och respirationssystemen möjliggör en mycket hög metabolism och syreupptagningsförmåga, vilket gör att fåglar kan flyga. Utvecklingen av en näbb har lett till evolutionära anpassningar vad gäller matsmältningssystemet. Alla dessa anatomiska specialiseringar gör att fåglar, bland ryggradsdjuren, placeras i en egen vetenskaplig klass inom systematiken.
Respirationssystemet För att fåglar ska kunna flyga krävs en hög metabolism vilket i sin tur kräver en hög syreupptagningsförmåga. Fåglar ventilerar lungorna genom specifika luftsäckar vilket är distinkta strukturer för fåglar, men kanske även för dinosaurier.
Dessa luftsäckar fungerar både som bälgar och som lagringsutrymme för luft. Detta tillåter lungorna att förbli statiska och ett konstant flöde av frisk luft kan hela tiden passera dem. Volymen på en typisk fågellunga är endast hälften så stor som hos ett däggdjur av liknande storlek, däremot har luftsäckarna tio gånger så stor volym som lungorna hos en fågel.Øystein V. Sjååstad, Olav Sand, Knut Hove (2010) Physiology of Domestic Animals, 2:a utgåvan, Oslo: Scandinavian Veterinary press. Ss. 460-463 Vissa luftsäckar har utskott som sträcker sig in i ben vilket bidrar till att fågeln får ett lättare skelett.
Tre distinkta organ är inbegripna i andningen: de främre luftsäckarna, lungorna och de bakre luftsäckarna. De främre och bakre luftsäckarna, oftast nio stycken, expanderar under inandning och luften passerar in genom luftstrupen. Hälften av luften hamnar i de bakre luftsäckarna och den andra hälften passerar lungorna och hamnar i de främre luftsäckarna. Luften från de främre luftsäckarna töms direkt ut i luftstrupen och ut genom näbben eller näshålorna. De bakre luftsäckarna tömmer sin luft ut i lungorna och som sedan töms ut genom luftstrupen och näbben. Inget gasutbyte sker via luftsäckarna. Vissa taxonomiska grupper som tättingarna (Passeriformes) har bara sju luftsäckar. Gråsparvar har endast sex luftsäckar, medan vadare har så många som tolv.Kenneth V. Kardong (2015) Vertebrates, 7:e utgåvan, New York: McGraw-Hill Education. Ss. 437-438
När luften flödar genom systemet av luftsäckar och lungor så blandas inte syrerik luft och syrefattig luft som innehåller koldioxid, som det görs i lungorna hos däggdjur. Därför är lungornas partialtryck samma som omgivningens vilket medför att fåglar har ett mer effektivt gasutbyte av både syre och koldioxid än däggdjuren. Utöver detta så tillförs syrerik luft till lungorna både vid in- och utandning.
Fågellungor har inte alveoler, som däggdjurslungorna, utan har istället miljoner små passager som kallas parabronker. Dessa är sammankopplade vid varje ända med främre och bakre sekundärbronkerna. Luft flödar genom de porösa väggarna av parabronkerna in i specifika blåsor där det finns blodfyllda kapillärer, där syre och koldioxid byts ut genom diffusion.
Fåglar saknar även diafragma. Istället fungerar hela kroppen som en blåsbälg som förflyttar luften genom lungorna. Hos en vilande fågel är både in- och utandning aktiva processer vilka är beroende av kontraktioner av respirationsmuskulatur. Kontraktioner av inandningsmuskulatur ökar volymen på kroppshålan genom att bröstbenet (Sternum) flyttas framåt och nedåt vilket därmed minskar på trycket i luftsäckarna till en lägre nivå än atmosfäriskt tryck. Resultatet blir att luft andas in. Samma sak fast omvänt gäller för utandning. Kontraktioner i utandningsmuskulatur reducerar volymen på kroppshålan genom att bröstbenet flyttas bakåt och uppåt vilket därmed ökar på trycket i luftsäckarna till en högre nivå än atmosfäriskt tryck. Resultatet blir att luft andas ut.
Det ljudalstrande organet hos fåglar är syrinx vilken finns placerad längst ned i luftstrupen. Precis som med däggdjurens larynx, skapas lätena genom att luft vibrerar genom organet.
Hjärt- och kärlsystemet Fåglar har ett hjärta med fyra skilda rum precis som människan, merparten av däggdjuren och krokodilerna. Denna anpassning tillåter ett effektivt flöde av näringsämnen och syre genom hela kroppen. På så sätt tillförs fågeln den energi som behövs för att flyga och upprätthålla en hög aktivitetsnivå. Hjärtat hos exempelvis rubinkolibrin (Archilochus colubris) slår 1200 gånger i minuten, vilket är ungefär 20 slag i sekunden.
Matsmältningssystemet
Merparten av fåglarna har en muskelsäck utmed matstrupen som kallas kräva. Krävans funktion är både att mjuka upp födan och reglera flödet av föda till systemet, genom att fungera som ett temporärt lagringsutrymme. Storlek och form på krävan är mycket variabel. Duvfåglarna (Columbiformes) producerar en näringsrik krävmjölk som de stöter upp och föder sina pulli med. Efter krävan förs födan till en körtelmage där den spjälkas, och efter det till en muskelmage där födan "tuggas" eller knådas. Muskelmagen består av fyra muskelband som roterar och knådar födan.
Vissa arter sväljer grus eller småsten som hamnar i muskelmagen och hjälper där till att mala födan för att underlätta matsmälningen. Dessa stenar, som kallas gastroliter, har samma typ av funktion som tänderna hos reptiler och däggdjur, och bruket av sådana stenar är en likhet mellan fåglar och dinosaurier.
Intag av vätska Fåglar dricker generella på fyra olika sätt. De flesta fåglar kan inte svälja genom "sugande" eller "pumpande" peristaltiska muskelrörelser i matstrupen, utan dricker genom att fylla munnen med vätska, och upprepade gånger lyfta upp näbben så att vätskan rinner ned med hjälp av gravitationen."Drinking Behavior of Mousebirds in the Namib Desert, Southern Africa "; Tom J. Cade and Lewis I. Greenwald; The Auk, V.83, No. 1, January, 1966 pdf Undantaget utgörs av fåglarna inom ordningen Columbiformes. Så här skrev Konrad Lorenz 1939: "man känner igen ordningen genom ett distinkt karaktärsdrag, nämligen att när de dricker vatten så pumpas den upp med peristaltiska muskelrörelser i matstrupen vilket förekommer utan undantag inom ordningen. Den enda övriga grupp som uppvisar detta, flyghönsen, placeras nära duvorna just på grund av detta uppenbarligen mycket gamla karaktärsdrag"K. Lorenz (1939) Verhandl. Deutsch. Zool. Ges., 41 Zool. Anz. Suppl. 12: 69-102 Trots att denna generella regel fortfarande gäller så har senare observationer gjort gällande att det finns undantag åt båda hållen.Tom J. Cade, Ernest J. Willoughby, & Gordon L. Maclean (1966) Drinking Behavior of Sandgrouse in the Namib and Kalahari Deserts, Africa, The Auk, vol.83, nr.1, pdf
Utöver dessa två metoder så dricker fåglar som är specialiserade på nektar, exempelvis solfåglar, spindeljägare och kolibrier med hjälp av en lång räfflad eller urgröpt tunga, och papegojor har en teknik där de lapar i sig vatten med tungan.
Många havsfåglar kan dricka havsvatten eftersom de har specifika körtlar som kan utsöndra saltöverskottet. Dessa körtlar sitter i närheten av ögonen och den koncentrerade saltlösningen avlägsnas genom näsöppningarna som hos dessa arter ofta utvecklats till rörformiga utskott på ovansidan näbben (se nedan).
Skelettet
Fåglars skelett är väl anpassat för flygning. Det är extremt lätt, men tillräckligt starkt för att stå emot den fysiska påfrestningen som det innebär att lyfta, flyga och landa. En av de viktigaste anpassningarna är sammanfogningen av olika ben till större benbildningar som kallas ossifikationer, exempelvis de sammanväxta svanskotorna som kallas pygostyl. På grund av detta fenomen har fåglar ofta färre ben än andra landlevande ryggradsdjur. Fåglar saknar även tänder och käkbenen eftersom de har utvecklats till en näbb (se nedan).
Fåglar har ett flertal ben som är ihåliga och som förstärks av fackverksliknande strukturer. Antalet ihåliga ben varierar mellan arter, men stora glidflygande arter tenderar att ha flest. Luftblåsor formar också ofta fickor i ben som bara är partiellt ihåliga. Vissa flygoförmögna arter, som pingviner, saknar helt ihåliga ben, vilket ytterligare styrker kopplingen mellan flygförmåga och anpassningen med ihåliga ben.
Fåglar har fler halskotor än däggdjur och flertalet fåglar har mycket flexibla halsar med 13-25 kotor. Fåglarna är de enda ryggradsdjur som har sammanväxta nyckelben, det så kallade gaffelbenet (också kallat önskebenet), och ett bröstben med bröstbenskam. Kammen på bröstbenet fungerar som en fästpunkt för flygmuskulaturen, eller för simmuskulatur hos pingviner. Flygoförmögna arter, som strutsar, saknar utvecklad bröstmuskulatur och har därför en mycket liten bröstbenskam. Fåglar som simmar mycket har ett brett bröstben medan flygande fåglar har ett bröstben som ofta är lika brett som högt.Ayhan Duezler, Ozcan Ozgel, Nejdet Dursun (2006) Morphometric Analysis of the Sternum in Avian Species. Turk. J. Vet. Anim. Sci. 30:311-314
På revbenen sitter det hakar, så kallade processus uncinatus, som förstärker bröstkorgen genom att överlappa med det föregående revbenet. Fåglar har även ett förlängt bäckenben likt många reptiler. Ryggkototrna i bålen är till stor del sammanväxta och sitter även ihop med skuldergördeln. Precis som hos alla reptiler, förutom sköldpaddorna, är fåglarnas kranier diapsida vilket innebär att de har två håligheter vid tinningen. De har även en fördjupning i ögonhålans inre hörn, som kallas pre-lachrymal fossa, vilken också förekommer hos vissa reptiler. Kraniet har för övrigt enbart en bakhuvudsknoge (condyli occipitales).Wing, Leonard W. (1956) Natural History of Birds. The Ronald Press Company.
Skelettets delar Kraniet består av fem större ben: frontalbenet (hjässan), parietalbenet (nacken), premaxillar- och näsbenet (övre näbbhalvan), och underkäken (undre näbbhalvan). Kraniet väger vanligtvis ungefär 1 % av fågelns totala vikt.
Ryggraden består av ryggkotor och delas upp i tre sektioner: nackkotor (13-16 st), synsacrum, (vilket är bäckenbenen och de nedre ryggkotorna sammanvuxna till en enhet) och pygostylen (vilket är de sammanväxta svanskotorna).
Bröstet består av gaffelbenet och korpbenen, vars två ben, tillsammans med skulderbladen (se nedan), formar skuldergördeln. Bröstsidan formas av revbenen som möts vid bröstbenet.
Axlarna består av skulderblad, korpben (se bröstet) och överarmsbenet. Armbågen sitter där överarmsbenet förenas med strålbenet och armbågsbenet. Handloven och mellanhanden utgör fågelns "vrist" och "hand", och dess fingrar är sammanvuxna. Vingens ben är extremt lätta för att underlätta för fågeln att flyga.
Höften utgörs av tre större bäckenben: höftbenet, sittbenet och blygdbenet. Dessa är sammanvuxna och bildar tillsammans bäckengördeln. Denna benstruktur är evolutionärt distinkt eftersom den tillåter fåglarna att lägga ägg. De tre benen möts vid höftledsgropen vilket är den ledade fästpunkten för lårbenet, vilket utgör den första delen av de bakre extremiteterna.
Fågelns övre ben består av lårbenet som är sammankopplat genom knäskålen med skenbenet (tibia) och vadbenet. Mellanfotsbenet (tarsometatarsus, ofta förkortat tars) utgör ovansidan av foten och digitum utgör tårna. Skelettet i benen är de tyngsta, vilket ger fågeln en låg tyngdpunkt och är bra ur flygningshänseende. Fågelns skelett utgör ungefär 5 % av dess totala vikt.