Костные позвоночные, традиционно объединяемые как костные рыбы, включают две главные современные линии — лучеперых и лопастеперых. К лучеперым относится подавляющее большинство современных рыб. Среди лопастеперых сохранились двоякодышащие и латимерии; наземные позвоночные возникли в древней ветви лопастеперых, но не произошли от современных латимерий.
Скелет костных рыб состоит из костной ткани. Нижние дуги позвонков имеют отростки, к которым в области туловища прикреплены ребра, образующие футляр для важнейших внутренних органов. Жабры прикрыты подвижной жаберной крышкой. Благодаря их движениям вода засасывается через рот в жаберную полость, омывает пронизанные кровеносными сосудами лепестки жабр и выходит наружу через жаберные щели. Кровеносная система рыб замкнутая, она состоит из сосудов и двухкамерного сердца, делящегося на предсердие и желудочек. Кровь из сердца идет к жабрам, где насыщается кислородом, и несет его к разным органам, а потом возвращается в сердце.
Наравне с органами зрения, обоняния, осязания, у рыб есть боковая линия — уникальный орган, позволяющий воспринимать легчайшие возмущения водной среды. С его помощью рыбы мгновенно узнают о появлении хищника и ловко лавируют в расщелинах коралловых рифов. Боковая линия хорошо заметна у многих рыб.
Большинство рыб движется за счёт волнообразной работы туловищной мускулатуры и хвоста, а плавники помогают маневрировать и сохранять устойчивость. Меч-рыба и некоторые другие крупные океанические рыбы относятся к очень быстрым пловцам, но точные максимальные скорости в природе трудно измерить, поэтому популярные рекордные цифры следует считать приблизительными. У многих костных рыб плавучесть регулируется плавательным пузырём, хотя его строение и наличие различаются у разных групп.
У большинства видов костных рыб размножение происходит в результате наружного оплодотворения: самки выметывают икру, а самцы поливают ее молоками. Обычно выведшиеся мальки предоставлены самим себе, но у некоторых рыб очень развита забота о потомстве. Например, самец бойцовых рыбок (петушков) строит плавучее гнездо из пузырьков воздуха, куда помещает выметанные самкой икринки, а потом охраняет гнездо, пока не выведутся мальки.
Первую латимерию, ставшую известной современной науке, поймали 22 декабря 1938 года у побережья Южной Африки. Куратор музея Марджори Куртенэ-Латимер обратила внимание на необычную рыбу, а позднее вид получил название Latimeria chalumnae в её честь. Латимерии относятся к лопастеперым рыбам, однако современные данные показывают, что они не являются прямыми предками наземных позвоночных; ближе к линии четвероногих стоят двоякодышащие рыбы. История открытия подробно описана Музеем естественной истории в Лондоне.