Um diese Aufgaben erfüllen zu können, weisen die Kiemen eine vergrößerte Oberfläche auf, diese haben ausgebreitet mindestens die gleiche Fläche wie die gesamte Hautoberfläche des Fisches. Diese Oberflächenvergrößerung wird erreicht durch die Ausbildung von Primärlamellen (auch mit bloßem Auge erkennbar) und mikroskopisch kleinen Sekundärlamellen.
Zum Gasaustausch (Atmung) sind die Sekundärlamellen mit einer hauchdünnen Zelllage (Epithel) ausgestattet, die das Körperinnere von der Umwelt trennt. Diese sind ca. 0,5 µm dick. Der spezielle Aufbau der Kiemen macht sie aber auch sehr empfindlich. Die Kiemen sind allen Stoffen, auch giftigen, im Wasser direkt ausgesetzt. Ebenso Krankheitserreger, die die Kiemen selber befallen oder an dieser Stelle in den Körper eindringen können, haben leicht Zugang.
Viele Außenparasiten bevorzugen die Kiemen als Standort, weil sie hier mit sauerstoffreichem Wasser und Nahrung versorgt werden und in der Kiemenhöhle geschützt leben können. Durch den einfachen Bau der Kiemen hat dieses Organ nur begrenzte Möglichkeiten, auf schädliche Einflüsse zu reagieren.
Unabhängig von der Ursache kommt es meist zuerst zu einer vermehrten Schleimbildung, gefolgt von einer Verdickung des Kiemenepithels durch Vermehrung der Zellen. Dies führt dann zu einer Behinderung des Gasaustausches, welchem oft die Bildung einer klebrigen Schicht auf der Kiemenoberfläche folgt, was wiederum die Ansiedlung von Bakterien begünstigt. Weitergehende Schädigungen der Kiemen können sich äußern in Thrombosenbildung in den Kapillaren, Verwachsungen zwischen den Sekundär- und Primärlamellen, Wasseransammlung im Gewebe, Ablösung des Epithels bis hin zum völligen Absterben des Gewebes (Kiemennekrose).
Bei diesen Vorgängen werden die lebenswichtigen Funktionen der Kiemen beeinträchtigt oder kommen ganz zum Erliegen, das Geschehen kann tödlich enden. Schädigungen der Kiemen haben zwar häufig äußere Ursachen oder werden durch kiemenspezifische Krankheitserreger wie Parasiten, Pilze oder Bakterien verursacht, jedoch können sich auch innere Schädigungen auf den Kiemen niederschlagen. Hier kommen bestimmte Nährstoffmängel, Stoffwechselstörungen sowie Allgemeininfektionen mit Bakterien oder Viren in Betracht. Ein Beispiel ist dabei die KHV- (Koi-Herpes-Virus) Infektion, die bei Speisekarpfen zu massiven Verlusten in Verbindung mit Kiemenveränderungen führt.
