La vessie natatoire joue un rôle hydrostatique passif. La pression qui s'exerce sur les poissons augmente avec la profondeur. Il en résulte que le volume de la vessie natatoire varie en fonction inverse de cette pression (loi de Mariotte). L'équilibre entre le poisson et l'eau ambiante est parfait quand le poids du poisson et la poussée hydrostatique, étant égaux et orientés en sens inverse, s'annulent. Soumis à une dépression, les poissons augmentent de volume : les Physostomes rejettent par le canal pneumatique puis par la bouche, le gaz en excès ; les Physoclistes le résorbent peu à peu, mais une décompression forte et brutale provoque, parfois, l'éclatement de leur vessie.

Quand un poisson se rapproche du fond, l'augmentation de pression réduit le volume de la vessie et la poussée hydrostatique diminue, mais, par une nouvelle sécrétion de gaz, l'organe augmente à nouveau de taille et le poisson retrouve son équilibre.

L'extirpation de la vessie modifie peu le comportement du poisson !!! La perte de l'organe est compensée par des mouvements musculaires appropriés. Il s'agit donc d'un dispositif (organe) utile mais non indispensable.

Chez les poissons à osselets de weber (cf. osselet de weber), la vessie natatoire sert à la transmission des sons et des ébranlements mécaniques.

La paroi de la vessie natatoire des Dipneustes n'est pas lisse, elle se plisse, forme des alvéoles et prend la structure d'un poumon ! Elle reçoit le sang du quatrième arc aortique.