การเคลื่อนที่ในน้ำหรือการว่ายน้ำเป็นการเคลื่อนที่ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงาน ชีวภาพ ผ่าน ตัวกลาง ที่เป็นของเหลวการว่ายน้ำด้วยกลไกที่แตกต่างกันได้วิวัฒนาการซ้ำแล้วซ้ำเล่าในสิ่งมีชีวิตต่างๆ รวมถึงสัตว์ขาปล้องปลา หอยสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกสัตว์เลื้อยคลานนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลายชนิด รวมถึงแบคทีเรียและซีลิเอตใช้ส่วนประกอบ ที่เคลื่อนที่ได้ เช่น ซิเลียหรือแฟลเจลลาในขณะที่บางชนิดใช้ซูโดโพเดีย ซึ่ง เป็นส่วนยื่นชั่วคราวของเซลล์ที่ขับเคลื่อนด้วยโปรตีนโครงสร้างเซลล์แอคตินสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่อาจว่ายน้ำโดยการขยับลำตัว เป็นคลื่น เช่นใน ปลาและหนอนหลายชนิด โดย การพุ่งตัวเป็นลำ เช่น ในเซฟาโลพอดเช่นปลาหมึกหรือโดยการขยับครีบเหมือนปีก เช่นในเต่าทะเล

การว่ายน้ำได้วิวัฒนาการซ้ำแล้วซ้ำเล่าในสายพันธุ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน ฟอสซิลแมงกะพรุนที่สันนิษฐานว่าพบในยุคเอเดียคา รัน แต่สัตว์ที่ว่ายน้ำได้อย่างอิสระตัวแรกปรากฏขึ้นในยุคแคมเบรียน ตอนต้นถึงตอนกลาง สัตว์ เหล่านี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสัตว์ขาปล้องและรวมถึงไดโนคาริดิดส์ซึ่งว่ายน้ำโดยใช้กลีบด้านข้างในลักษณะที่ชวนให้นึกถึงปลาหมึกและปลากระเบน ในปัจจุบัน เซฟาโลพอดเข้าร่วมกลุ่มนักว่ายน้ำที่เคลื่อนไหวได้ ( เน็กตอน ) ในยุคแคมเบรียนตอนปลาย^{[ 1 ]}และคอร์เดตน่าจะว่ายน้ำได้ตั้งแต่ยุคแคมเบรียนตอนต้น^{[ 2 ]}สัตว์บกหลายชนิดยังคงมีความสามารถในการว่ายน้ำอยู่บ้าง บางชนิดกลับไปอยู่ในน้ำและพัฒนาความสามารถในการเคลื่อนที่ในน้ำ ลิงส่วนใหญ่(รวมถึงมนุษย์) สูญเสียสัญชาตญาณการ ว่ายน้ำ ไป แล้ว ^{[ 3 ]}

นักว่ายน้ำจุลินทรีย์ บางครั้งเรียกว่านักว่ายน้ำขนาดเล็กเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่ในของเหลวหรือสภาพแวดล้อมทางน้ำ พบได้ทั่วไปในหมู่จุลินทรีย์เช่นแบคทีเรียอาร์เคียโปรติสต์อสุจิและสัตว์ขนาดเล็ก^{[ 4 ]}

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กหลายชนิด เช่นแบคทีเรียมีแฟลเจลลาซึ่งช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลวได้ พวกมันใช้โปรตอนของความชันทางไฟฟ้าเคมีในการเคลื่อนที่แฟลเจลลาแรงบิดในแฟลเจลลาของแบคทีเรียเกิดจากอนุภาคที่นำโปรตอนรอบฐานของแฟลเจลลัม ทิศทางการหมุนของแฟลเจลลามาจากการครอบครองช่องโปรตอนตามขอบของมอเตอร์แฟลเจลลัม^{[ 5 ]}แบคทีเรียรูปแท่งว่า ยน้ำ โดยใช้แฟลเจลลา ที่หมุนได้ ^{[ 6 ] [ 7 ]}อสุจิว่ายน้ำในลักษณะเดียวกัน^{[ 8 ]}

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวจำพวก ซีเลียเช่นพาราเมเซียมใช้แฟลเจลลาขนาดเล็กที่เรียกว่าซีเลียในการเคลื่อนที่ผ่านน้ำ ซีเลียมหนึ่งตัวอาจมีซีเลียหลายร้อยถึงหลายพันตัว เรียงตัวกันอย่างหนาแน่นเป็นแถว ในระหว่างการเคลื่อนที่ ซีเลียมแต่ละตัวจะเปลี่ยนรูปร่างโดยใช้จังหวะการเคลื่อนที่ที่มีแรงเสียดทานสูง ตามด้วยจังหวะการคืนตัวที่มีแรงเสียดทานต่ำ การเปลี่ยนรูปร่างของซีเลียมแต่ละตัวจะสอดคล้องกับการเปลี่ยนรูปร่างของซีเลียมข้างเคียง ทำให้เกิดคลื่นการเปลี่ยนรูปร่างแพร่กระจายไปตามพื้นผิวของสิ่งมีชีวิต คลื่นของซีเลียมเหล่านี้แสดงพฤติกรรมร่วมกันในจังหวะเมตาโครนัลทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถเคลื่อนที่โดยใช้ซีเลียได้อย่างประสานงานกันพาราเมเซียมสามารถเคลื่อนที่ผ่านน้ำได้ด้วยความเร็วสูงสุดถึง 500 ไมโครเมตรต่อวินาที^{[ 9 ]}

แบคทีเรียบางชนิดสามารถเคลื่อนที่ได้โดยการกระตุกและการเลื่อน โดยไม่ต้องใช้แฟลเจลลาการกระตุกขึ้นอยู่กับการยืด การยึดเกาะกับพื้นผิว และการหดตัวของพิลิชนิด IVซึ่งดึงเซลล์ไปข้างหน้าในลักษณะที่คล้ายกับการทำงานของตะขอเกี่ยว ซึ่งให้พลังงานในการเคลื่อนที่เซลล์ไปข้างหน้า^{[ 10 ]}การเลื่อนของแบคทีเรียใช้คอมเพล็กซ์มอเตอร์ที่แตกต่างกัน เช่น คอมเพล็กซ์ การยึดเกาะเฉพาะที่ของMyxococcus ^{[ 11 ] [ 12 ]}

การเคลื่อนที่โดยใช้ซูโดโพดเกิดขึ้นจากการเพิ่มแรงดัน ณ จุดหนึ่งบนเยื่อหุ้มเซลล์การเพิ่มแรงดันนี้เป็นผลมาจาก การเกิดพอลิเมอไรเซชัน ของแอคตินระหว่างคอร์เทกซ์และเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้นเยื่อหุ้มเซลล์จะถูกผลักออกไปด้านนอก ทำให้เกิดซูโดโพด เมื่อซูโดโพดเคลื่อนที่ออกไป ส่วนที่เหลือของร่างกายจะถูกดึงไปข้างหน้าด้วยแรงตึงของคอร์เทกซ์ ผลที่ได้คือเซลล์เคลื่อนที่ผ่าน ตัวกลางที่ เป็นของเหลวนอกจากนี้ ทิศทางการเคลื่อนที่ยังถูกกำหนดโดยเคโมแท็กซิสเมื่อเกิดการดึงดูดทางเคมีในบริเวณใดบริเวณหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ การเกิดพอลิเมอไรเซชันของ แอคตินสามารถเริ่มต้นและทำให้เซลล์เคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้นได้^{[ 13 ]}ตัวอย่างที่ดีของสิ่งมีชีวิตที่ใช้ซูโดโพดคือNaegleria fowleri ^{[ 14 ]}

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเป็นวิธีการเคลื่อนที่ในน้ำที่สัตว์เติมน้ำเข้าไปในโพรงกล้ามเนื้อและพ่นน้ำออกมาเพื่อขับเคลื่อนตัวเองไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการพ่นน้ำ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นอยู่สองแบบ คือ สามารถดูดน้ำจากด้านหลังและพ่นออกทางด้านหลัง เช่น แมงกะพรุน หรือดูดน้ำจากด้านหน้าและพ่นออกทางด้านหลัง เช่น ซัลป์ การเติมน้ำเข้าไปในโพรงทำให้มวลและแรงต้านของสัตว์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเร็วของสัตว์ผันผวนขณะเคลื่อนที่ในน้ำ โดยจะเร่งความเร็วขึ้นเมื่อพ่นน้ำและชะลอความเร็วลงเมื่อดูดน้ำ แม้ว่าความผันผวนของแรงต้านและมวลเหล่านี้จะสามารถละเลยได้หากความถี่ของวงจรการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นสูงพอ แต่การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นก็เป็นวิธีการเคลื่อนที่ในน้ำที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ^{[ 15 ]}

เซฟาโลพอดทั้งหมดสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยการพ่นไอ ซึ่งเป็นวิธีการเดินทางที่สิ้นเปลืองพลังงานมากเมื่อเทียบกับการขับเคลื่อนด้วยหางที่ปลาใช้^{[ 16 ]}ประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของการพ่นไอจะลดลงอีกเมื่อขนาดของสัตว์เพิ่มขึ้น นับตั้งแต่ยุคพาลีโอโซอิก เมื่อการแข่งขันกับปลาทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่การเคลื่อนไหวที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญต่อการอยู่รอด การพ่นไอจึงมีบทบาทรองลงมา โดยใช้ครีบและหนวดเพื่อรักษาระดับความเร็วให้คงที่^{[ 17 ]}อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่แบบหยุดๆ เริ่มๆ ที่เกิดจากไอพ่นยังคงมีประโยชน์สำหรับการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจับเหยื่อหรือหลีกเลี่ยงผู้ล่า^{[ 17 ]}อันที่จริง มันทำให้เซฟาโลพอดเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลที่เร็วที่สุด^{[ 18 ]}เซฟาโลพอดส่วนใหญ่ลอยตัว (กล่าวคือ มีความลอยตัวเป็นกลาง ) ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องว่ายน้ำเพื่อคงอยู่ในน้ำ^{[ 16 ]}

แมงกะพรุนใช้โครงสร้างโพรงน้ำแบบทางเดียวซึ่งสร้างวงจรการขับเคลื่อนด้วยแรงดันน้ำอย่างต่อเนื่องตามด้วยระยะพัก พวกมันเคลื่อนที่ในน้ำโดยการขยายและหดตัวของลำตัวรูปทรงระฆังเพื่อดันน้ำไปด้านหลัง พวกมันหยุดพักระหว่างช่วงการหดตัวและการขยายตัวเพื่อสร้าง วงแหวน กระแสน้ำวน สอง วง กล้ามเนื้อถูกใช้ในการหดตัวของลำตัว ซึ่งสร้างกระแสน้ำวนวงแรกและผลักดันสัตว์ไปข้างหน้า แต่เมโซเกลียมีความยืดหยุ่นมาก การขยายตัวจึงขับเคลื่อนโดยการคลายตัวของลำตัวระฆังเพียงอย่างเดียว ซึ่งปลดปล่อยพลังงานที่สะสมไว้จากการหดตัว ในขณะเดียวกัน วงแหวนกระแสน้ำวนวงที่สองจะเริ่มหมุนเร็วขึ้น ดูดน้ำเข้าไปในลำตัวระฆังและดันไปที่ศูนย์กลางของลำตัว ทำให้เกิดแรงส่งไปข้างหน้าเพิ่มเติมและ "ฟรี" กลไกนี้เรียกว่าการดึงพลังงานกลับคืนแบบพาสซีฟ ซึ่งใช้ได้เฉพาะกับแมงกะพรุนขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ ทำให้สัตว์สามารถเดินทางได้ไกลขึ้น 30 เปอร์เซ็นต์ในแต่ละรอบการว่ายน้ำ แมงกะพรุนมีต้นทุนการขนส่ง (ปริมาณอาหารและออกซิเจนที่ได้รับเทียบกับพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่) ต่ำกว่าสัตว์ชนิดอื่นในงานวิจัยที่คล้ายคลึงกันถึง 48 เปอร์เซ็นต์ เหตุผลหนึ่งก็คือเนื้อเยื่อเจลาตินส่วนใหญ่ของระฆังนั้นไม่ทำงาน ไม่ใช้พลังงานในระหว่างการว่ายน้ำ^{[ 19 ]}

หอย เชลล์ว่ายน้ำโดยค่อยๆ เปิดปากเปลือกสองซีก (เรียกว่าวาล์ว) แล้วประกบเข้าหากันอย่างรวดเร็ว การปิดวาล์วจะผลักดันน้ำด้วยแรงที่มากใกล้กับบานพับผ่านเวลัม ซึ่งเป็นรอยพับคล้ายม่านของแมนเทิลที่นำทางการขับไล่น้ำไปรอบๆ บานพับ พวกมันสามารถว่ายน้ำได้ทั้งไปข้างหน้าและถอยหลัง^{[ 20 ] [ 21 ]}

ซัลป์เป็นสัตว์ทะเลที่อยู่รวมกันเป็นกลุ่ม แต่ละกลุ่มประกอบด้วยซูออยด์ รูปทรงกระบอก ที่สามารถสูบน้ำจากทางเข้าที่ปลายด้านหนึ่งไปยังทางออกที่ปลายอีกด้านหนึ่ง กลุ่มซัลป์ประกอบด้วยโซ่ของซูออยด์ จึงสามารถขับเคลื่อนตัวเองด้วยเจ็ทน้ำขนาดเล็กหลายเจ็ทที่ทำงานแบบไม่พร้อมกัน (ไม่ตรงเวลา) ซึ่งทำให้ความเร็วในการว่ายน้ำค่อนข้างคงที่ มีประสิทธิภาพมากกว่าเจ็ทแบบพัลส์เดียว^{[ 22 ]}

• 
  ปลาหมึกว่ายน้ำโดยเอาหัวลงก่อน แล้วปล่อยแขนตามหลัง
• 
  แมงกะพรุนหดกล้ามเนื้อในส่วนลำตัวที่คล้ายเยลลี่เพื่อขับเคลื่อนตัวเอง แรงดีดกลับที่ยืดหยุ่นได้สร้างกระแสน้ำวนที่สอง (เพื่อหยุด) ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่
• 
  หอยเชลล์ว่ายน้ำโดยการอ้าเปลือกทั้งสองข้างออกแล้วประกบปิดลง
• 
  ซัลป์ (Salp)คือกลุ่มของซูออยด์ ขนาดเล็กที่ เรียงตัวเป็นโซ่ ซูออยด์แต่ละตัวจะดันน้ำออกมาเป็นลำเล็กๆ ผ่านลำตัว ทำให้เกิดแรงขับเคลื่อนอย่างต่อเนื่อง

ปลาหลายชนิดว่ายน้ำโดยการสร้างคลื่นด้วยลำตัวหรือแกว่ง ครีบ คลื่นเหล่านี้สร้างแรงผลักไปข้างหน้าซึ่งเสริมด้วยแรงผลักไปข้างหลัง แรงด้านข้างซึ่งเป็นส่วนของพลังงานที่สูญเปล่า และแรงปกติซึ่งอยู่ระหว่างแรงผลักไปข้างหน้าและแรงด้านข้าง ปลาแต่ละชนิดว่ายน้ำโดยการสร้างคลื่นที่ส่วนต่างๆ ของลำตัว ปลาที่มีรูปร่างคล้ายปลาไหลจะสร้างคลื่นทั้งตัวเป็นลำดับจังหวะ ปลาที่มีรูปร่างเพรียวบาง เช่น ปลาแซลมอน จะสร้างคลื่นที่ส่วนหางของลำตัว ปลาบางชนิด เช่น ฉลาม ใช้ครีบที่แข็งแรงเพื่อสร้างแรงยกแบบไดนามิกและขับเคลื่อนตัวเอง เป็นเรื่องปกติที่ปลาจะใช้การขับเคลื่อนมากกว่าหนึ่งรูปแบบ แม้ว่าจะมีโหมดการว่ายน้ำหนึ่งโหมดที่เด่นในแต่ละชนิดก็ตาม^{[ 23 ]} แม้แต่ การเปลี่ยนแปลงการเดินก็ยังพบได้ในปลาแนวปะการังวัยอ่อนที่มีขนาดต่างๆ กัน ขึ้นอยู่กับความต้องการของพวกมัน ปลาสามารถสลับระหว่างการตีครีบที่ประสานกันและการตีครีบแบบสลับกันได้อย่างรวดเร็ว^{[ 24 ]}

จระเข้และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกเช่นนิวท์รวมถึงตัวอ่อนลูกอ๊อดของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกใช้หางที่แบนราบและลึกในแนวด้านข้างในการขับเคลื่อนแบบคารัง จิฟอร์มเป็นหลัก ^{[ 25 ]}งูบกแม้จะมีรูปร่างไฮโดรเมคานิกส์ที่ไม่ดีนัก โดยมีหน้าตัดเป็นวงกลมโดยประมาณและค่อยๆ เรียวลงไปทางด้านหลัง ก็สามารถว่ายน้ำได้ค่อนข้างง่ายเมื่อจำเป็น โดยใช้การขับเคลื่อนแบบปลาไหล^{[ 25 ]}

• 
  ปลาที่อาศัยอยู่ในน้ำเปิดเช่นปลาทูน่าครีบน้ำเงินแอตแลนติก ตัวนี้ มีรูปร่างเพรียวบางเพื่อความเร็วในการว่ายน้ำเป็นเส้นตรง โดยมีหางแฉกแยกเป็นสองแฉกอย่างชัดเจน และลำตัวเรียวลงอย่างนุ่มนวล
• ลูกอ๊อดว่ายน้ำคล้ายปลา
• 
  จระเข้ไนล์ ( Crocodylus niloticus ) กำลังว่ายน้ำ

เต่าทะเล ( Cheloniidae ) มีแขนขาหน้าที่ปรับตัวเป็นครีบที่มีรูปร่างคล้ายปีกที่มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างสูง ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อนตัวเองในลักษณะเดียวกับนกที่กำลังบินผ่านน้ำ^{[ 26 ]} ปลาบางชนิดที่ว่ายน้ำช้าจะขับเคลื่อนตัวเองโดยการแกว่งครีบ^{[ 27 ]}

• 
  ลูกเต่าทะเลสีเขียวฮาวายในน่านน้ำตื้น
• 
  มาโครพลาต้า
• 
  ฉลามเสือดาวปรับมุมครีบหน้าอก ให้ เหมือนปีกใต้น้ำเพื่อควบคุมการเอียงตัว

กบและคางคกสูญเสียหางในระยะตัวอ่อนไปอย่างสมบูรณ์ พวกมันได้วิวัฒนาการเท้าที่มีพังผืดและรูปแบบการเคลื่อนที่ในน้ำที่ไม่มีหาง ซึ่งคล้ายกับการกระโดดแบบย่อตัวที่กางออกกว้าง โดยใช้ขาหลัง ที่แข็งแรง งอและเตะไปข้างหลังพร้อมกันเพื่อดันน้ำและให้แรงขับเคลื่อน ส่วนใหญ่ ในขณะที่ขาหน้าจะถูกใช้เพื่อพายเพิ่มเติมเมื่อต้องการการเคลื่อนไหวที่คล่องตัวมากขึ้น นี่เป็นรูปแบบการเคลื่อนที่ในน้ำที่มีประสิทธิภาพมากในน้ำตื้นและไหลช้า เนื่องจากขาได้รับการออกแบบให้เพรียวบางกว่าสำหรับการเร่งความเร็วในระยะสั้น และการเคลื่อนไหวเป็นแบบ "สะเทินน้ำสะเทินบก" กล่าวคือ การเคลื่อนไหวแบบกระโดดเดียวกันนี้สามารถใช้บนบกได้โดยไม่ต้องวิวัฒนาการกลไกการเคลื่อนที่แยกต่างหาก^{[ 25 ]}

สัตว์ขาปล้องบางชนิด เช่นกุ้งมังกรและกุ้งสามารถเคลื่อนที่ถอยหลังได้อย่างรวดเร็วโดยการสะบัดหาง ซึ่งเรียกว่าการกระโดดแบบกุ้งมังกรหรือปฏิกิริยาหลบหนีแบบคาริดอยด์^{[ 28 ]}

ปลาที่มีกระดูกบางชนิดใช้การออกตัวอย่างรวดเร็วเพื่อหลบหนีจากผู้ล่า การออกตัวอย่างรวดเร็วมีลักษณะเฉพาะคือการหดตัวของกล้ามเนื้อด้านหนึ่งของปลา ทำให้ปลาบิดตัวเป็นรูปตัว C หลังจากนั้น กล้ามเนื้อจะหดตัวที่ด้านตรงข้ามเพื่อให้ปลาสามารถว่ายน้ำได้อย่างมั่นคงโดยมีคลื่นเคลื่อนไหวไปตามลำตัว พลังของการเคลื่อนไหวที่โค้งงอมาจากเส้นใยกล้ามเนื้อที่หดตัวเร็วในบริเวณกลางลำตัวของปลา สัญญาณในการหดตัวนี้มาจากเซลล์ Mauthnerซึ่งส่งสัญญาณไปยังกล้ามเนื้อด้านหนึ่งของปลาพร้อมกัน^{[ 29 ]}เซลล์ Mauthner จะถูกกระตุ้นเมื่อมีบางสิ่ง เช่น สิ่งเร้าทางสายตา ทำให้ปลาตกใจ^{[ 30 ]}

การออกตัวอย่างรวดเร็วแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือจังหวะเตรียมการ ซึ่งมีลักษณะเป็นการงอตัวเริ่มต้นให้เป็นรูปตัว C โดยมีความล่าช้าเล็กน้อยที่เกิดจากแรงต้านไฮโดรไดนามิก ขั้นตอนที่สองคือจังหวะขับเคลื่อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการงอตัวอย่างรวดเร็วไปอีกด้านหนึ่ง ซึ่งอาจเกิดขึ้นหลายครั้ง ขั้นตอนที่สามคือระยะพัก ทำให้ปลากลับสู่การว่ายน้ำแบบคงที่ตามปกติ และการกระเพื่อมของลำตัวเริ่มหยุดลง กล้ามเนื้อขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้ส่วนกลางลำตัวของปลาจะแข็งแรงกว่าและสร้างแรงได้มากกว่ากล้ามเนื้อที่หาง ความไม่สมมาตรในองค์ประกอบของกล้ามเนื้อนี้ทำให้เกิดการกระเพื่อมของลำตัวที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่ 3 เมื่อการออกตัวอย่างรวดเร็วเสร็จสมบูรณ์ ตำแหน่งของปลาได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความไม่แน่นอนในระดับหนึ่ง ซึ่งช่วยให้ปลาสามารถเอาชีวิตรอดจากผู้ล่าได้^{[ 30 ]}

อัตราที่ร่างกายสามารถโค้งงอได้นั้นถูกจำกัดด้วยแรงต้านที่อยู่ในความเฉื่อยของแต่ละส่วนของร่างกาย ความเฉื่อยนี้ช่วยให้ปลาสร้างแรงขับเคลื่อนจากโมเมนตัมที่เกิดขึ้นต้านกับน้ำ แรงขับเคลื่อนไปข้างหน้าที่เกิดจากการเริ่มต้นแบบ C และการว่ายน้ำแบบคงที่โดยทั่วไป เป็นผลมาจากการที่ร่างกายของปลาผลักต้านกับน้ำ คลื่นของการเคลื่อนไหวแบบคลื่นจะสร้างโมเมนตัมไปข้างหลังต้านกับน้ำ ทำให้เกิดแรงผลักไปข้างหน้าที่จำเป็นในการผลักดันปลาไปข้างหน้า^{[ 31 ]}

ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนแบบฟรูด (Froude propulsion efficiency) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของกำลังเอาต์พุตต่อกำลังอินพุต:

nf = 2 U ₁ / ( U ₁ + U ₂ )

โดยที่ U1 = ความเร็วของกระแสลมอิสระ และ U2 = ความเร็วของไอพ่น ประสิทธิภาพที่ดีสำหรับการขับเคลื่อนแบบคารังจิฟอร์มอยู่ระหว่าง 50 ถึง 80% ^{[ 23 ]}

ความแตกต่างของความดันเกิดขึ้นภายนอกชั้นขอบเขตของสิ่งมีชีวิตที่ว่ายน้ำเนื่องจากการไหลรอบตัวถูกรบกวน ความแตกต่างของความดันบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของร่างกายเรียกว่า แรง ต้านจากความดัน ซึ่งสร้างแรงผลักไปทางด้านล่างของวัตถุ ในทางกลับกัน แรงต้านจากแรงเสียดทานเป็นผลมาจากความหนืดของของเหลวในชั้นขอบเขตความปั่นป่วนที่สูงขึ้นทำให้เกิดแรงต้านจากแรงเสียดทานมากขึ้นเลขเรย์โนลด์ (Re) คือการวัดความสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉื่อยและแรงหนืดในการไหล ((ความยาวของสัตว์ x ความเร็วของสัตว์)/ความหนืดจลน์ของของเหลว) การไหลแบบปั่นป่วนสามารถพบได้ที่ค่า Re สูง ซึ่งชั้นขอบเขตแยกตัวออกและสร้างกระแสน้ำวน และการไหลแบบราบเรียบสามารถพบได้ที่ค่า Re ต่ำ เมื่อการแยกตัวของชั้นขอบเขตล่าช้า ลดกระแสน้ำวนและการสูญเสียพลังงานจลน์ให้กับโมเมนตัมของน้ำที่ต้าน รูปทรงของสิ่งมีชีวิตที่ว่ายน้ำส่งผลต่อแรงต้านที่เกิดขึ้น ลำตัวที่ยาวและเรียวจะช่วยลดแรงต้านจากแรงดันโดยการออกแบบให้ลื่นไหล ในขณะที่ลำตัวที่สั้นและกลมจะช่วยลดแรงต้านจากแรงเสียดทาน ดังนั้นรูปร่างที่เหมาะสมที่สุดของสิ่งมีชีวิตจึงขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเฉพาะของมัน สิ่งมีชีวิตที่ว่ายน้ำได้ซึ่งมีรูปร่างแบบทรงกระบอกมีแนวโน้มที่จะประสบกับการลดทั้งแรงต้านจากแรงดันและแรงเสียดทานได้มากที่สุด^{[ 32 ]}

แรงเสียดทานเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของของเหลวชนกับสิ่งมีชีวิตที่กำลังว่ายน้ำ ซึ่งทำให้เกิดแรงต้านส่งผลให้ปลาหลายชนิดมีรูปร่างเพรียว รูปร่างเพรียวช่วยลดแรงต้านโดยการวางวัตถุที่ยาวขนานกับแรงต้าน ทำให้กระแสน้ำไหลผ่านและค่อยๆ เรียวลงที่ปลายของปลา ทำให้การว่ายน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น ปลาที่มีรูปร่างแบนบางชนิดสามารถใช้ประโยชน์จากแรงต้านจากแรงดันได้โดยมีพื้นผิวด้านล่างแบนและพื้นผิวด้านบนโค้ง ซึ่งจะช่วยให้เกิดแรงยกขึ้นขณะว่ายน้ำ^{[ 23 ]}

การว่ายน้ำแบบใช้แรงยกสามารถเปรียบเทียบได้กับการบิน เพราะอวัยวะต่างๆ จะกระพือเหมือนปีก ส่วนการว่ายน้ำแบบใช้แรงต้านสามารถเปรียบเทียบได้กับการพายเรือ โดยเคลื่อนที่ในระนาบแนวนอน หรือการพาย โดยเคลื่อนที่ในระนาบข้างขมับ นักว่ายน้ำแบบใช้แรงต้านจะใช้การเคลื่อนไหวแบบวงจร โดยผลักน้ำไปข้างหลังในจังหวะออกแรง และดึงแขนขากลับมาข้างหน้าในจังหวะดึงกลับหรือจังหวะพัก การผลักน้ำไปข้างหลังโดยตรงจะทำให้ร่างกายเคลื่อนไปข้างหน้า ในขณะที่จังหวะดึงกลับมีแนวโน้มที่จะต้านการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า การลดแรงต้านในจังหวะดึงกลับจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น เป็ดจะพายน้ำโดยกางพังผืดที่เท้าออกในจังหวะออกแรง และดึงพังผืดเข้าหากันเพื่อลดแรงดึงของน้ำไปข้างหน้าในจังหวะดึงกลับ ขาของด้วงน้ำมีขนที่กางออกเพื่อจับและผลักน้ำกลับในจังหวะออกแรง แต่จะแนบราบในจังหวะดึงกลับ นอกจากนี้ ขาข้างหนึ่งของด้วงน้ำจะกว้างกว่าขาข้างอื่น และจะตั้งฉากกับการเคลื่อนที่เมื่อดันไปข้างหลัง แต่ขาจะหมุนเมื่อแขนขากลับไปข้างหน้า ดังนั้นด้านที่แคบกว่าจึงจับน้ำได้น้อยกว่า^{[ 33 ]} การว่ายน้ำแบบใช้แรงต้านมีประสิทธิภาพน้อยกว่าการว่ายน้ำแบบใช้แรงยก^{[ 34 ]}

สัตว์กึ่งน้ำกึ่งบกประสบกับแรงต้านมากกว่าสัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำอย่างสมบูรณ์ การออกแบบที่ช่วยให้พวกมันสามารถดำรงชีวิตนอกน้ำได้นั้นจำกัดประสิทธิภาพที่สามารถทำได้เมื่ออยู่ในน้ำ การว่ายน้ำบนผิวน้ำทำให้พวกมันเผชิญกับแรงต้านจากคลื่นและมีต้นทุนสูงกว่าการว่ายน้ำใต้น้ำ การว่ายน้ำใต้น้ำทำให้พวกมันเผชิญกับแรงต้านจากจังหวะการว่ายกลับและแรงดัน แต่ส่วนใหญ่เกิดจากแรงเสียดทาน แรงต้านจากแรงเสียดทานเกิดจากความหนืดของของเหลวและรูปร่างของร่างกาย แรงต้านจากแรงดันเกิดจากความแตกต่างของการไหลของน้ำรอบตัวและได้รับผลกระทบจากรูปร่างของร่างกายเช่นกัน ขนของนากและบีเวอร์เป็นตัวอย่างที่ดีของสัตว์ที่อยู่ระหว่างสัตว์ที่ว่ายน้ำโดยอาศัยแรงต้านและแรงยก เพราะมันมีกลไกการพายคล้ายกับการแกว่งของกล้ามเนื้อหน้าอกที่อาศัยแรงยก แขนขาของสิ่งมีชีวิตกึ่งน้ำกึ่งบกนั้นสงวนไว้สำหรับการใช้งานบนบก และการใช้แขนขาในน้ำไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนในการเคลื่อนที่ แต่ยังจำกัดให้พวกมันเคลื่อนที่ได้เฉพาะในโหมดที่อาศัยแรงต้านเท่านั้น^{[ 35 ]}แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า แต่ผู้ว่ายน้ำแบบลากสามารถสร้างแรงขับได้มากกว่าที่ความเร็วต่ำกว่าผู้ว่ายน้ำแบบยก นอกจากนี้ยังเชื่อกันว่าพวกเขามีความคล่องตัวมากกว่าเนื่องจากแรงขับที่เกิดขึ้นมาก^{[ 36 ]}

สิ่งมีชีวิตในน้ำ/ทะเลหลายชนิดได้พัฒนาอวัยวะเพื่อชดเชยน้ำหนักและควบคุมการลอยตัวในน้ำ โครงสร้างเหล่านี้ทำให้ความหนาแน่นของร่างกายใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำโดยรอบ ไฮโดรซัวบางชนิด เช่น ไซโฟโนฟอร์ มีทุ่นลอยที่เต็มไปด้วยก๊าซ นอติลัส เซเปีย และสไปรูลา ( เซฟาโลพอ ด ) มีช่องก๊าซอยู่ภายในเปลือก และ ปลา เทเลออส ส่วนใหญ่ และปลาตะเกียง หลายชนิด (Myctophidae) มีถุงลมนอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตในน้ำและทะเลหลายชนิดอาจประกอบด้วยวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำ ปลาเทเลออสที่อาศัยอยู่ในน้ำลึกซึ่งไม่มีถุงลม มีไขมันและโปรตีนน้อย กระดูกแข็งตัวลึก และเนื้อเยื่อที่เป็นน้ำซึ่งช่วยรักษาการลอยตัว ตับ ของ ฉลาม บางชนิด ประกอบด้วยไขมันที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น ไฮโดรคาร์บอนสควาเลนหรือเอสเทอร์แว็กซ์ (ซึ่งพบใน Myctophidae ที่ไม่มีถุงลมเช่นกัน) ซึ่งช่วยในการลอยตัว^{[ 23 ]}

สัตว์ที่ว่ายน้ำซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำต้องสร้างแรงยกหรือปรับตัวให้เข้ากับ วิถีชีวิต แบบอยู่ก้นทะเลการเคลื่อนไหวของปลาเพื่อสร้างแรงยกทางอุทกพลศาสตร์เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการจมน้ำ บ่อยครั้งที่ร่างกายของพวกมันทำหน้าที่เป็นไฮโดรฟอยล์ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าในปลาที่มีลำตัวแบน ที่มุมเอียงเล็กน้อย แรงยกจะมากกว่าสำหรับปลาที่มีลำตัวแบนมากกว่าปลาที่มีลำตัวแคบ ปลาที่มีลำตัวแคบใช้ครีบของพวกมันเป็นไฮโดรฟอยล์ในขณะที่ลำตัวยังคงอยู่ในแนวนอน ในฉลาม รูปทรงหาง แบบเฮเทอโรเซอร์คัลจะผลักน้ำลงด้านล่าง สร้างแรงต้านขึ้นด้านบนในขณะที่ผลักฉลามไปข้างหน้า แรงยกที่เกิดขึ้นได้รับการช่วยเหลือจากครีบหน้าอกและการวางตำแหน่งลำตัวในมุมขึ้นด้านบน สันนิษฐานว่าปลาทูน่าใช้ครีบหน้าอกเป็นหลักในการสร้างแรงยก^{[ 23 ]}

การรักษาการลอยตัวนั้นต้องใช้พลังงานในการเผาผลาญสูง การเจริญเติบโตและการบำรุงรักษาอวัยวะลอยตัว การปรับองค์ประกอบขององค์ประกอบทางชีวภาพ และการออกแรงทางกายภาพเพื่อคงอยู่ในการเคลื่อนไหวต้องใช้พลังงานจำนวนมาก มีการเสนอว่าแรงยกอาจถูกสร้างขึ้นทางกายภาพด้วยต้นทุนพลังงานที่ต่ำกว่าโดยการว่ายน้ำขึ้นและร่อนลงในลักษณะ "ปีนและร่อน" แทนที่จะว่ายน้ำอย่างต่อเนื่องบนระนาบ^{[ 23 ]}

อุณหภูมิสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถของสิ่งมีชีวิตในน้ำในการเคลื่อนที่ผ่านน้ำ เนื่องจากอุณหภูมิไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณสมบัติของน้ำเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำด้วย เพราะสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมเฉพาะสำหรับร่างกายและความต้องการในการเผาผลาญของพวกมัน ค่าQ10 (สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ)ซึ่งเป็นปัจจัยที่อัตราเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 °C ใช้ในการวัดว่าประสิทธิภาพของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีอัตราเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำอุ่นขึ้น แต่บางชนิดมีข้อจำกัดในเรื่องนี้ และบางชนิดก็หาวิธีเปลี่ยนแปลงผลกระทบดังกล่าว เช่น โดยการสร้างความร้อนภายในร่างกายหรือการกระตุ้นกล้ามเนื้อที่เร็วขึ้นก่อนหน้านี้^{[ 37 ]}

ตัวอย่างเช่น พบว่าCrocodylus porosusหรือจระเข้น้ำกร่อย สามารถเพิ่มความเร็วในการว่ายน้ำจาก 15 °C เป็น 23 °C และมีความเร็วในการว่ายน้ำสูงสุดจาก 23 °C เป็น 33 °C อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพเริ่มลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเกินกว่าจุดนั้น แสดงให้เห็นถึงขีดจำกัดของช่วงอุณหภูมิที่สายพันธุ์นี้สามารถว่ายน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 38 ]}

ยิ่งส่วนของร่างกายสัตว์จมอยู่ใต้น้ำมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งใช้พลังงานน้อยลงเท่านั้น การว่ายน้ำบนผิวน้ำต้องใช้พลังงานมากกว่าการว่ายน้ำโดยจมอยู่ใต้น้ำถึงสองถึงสามเท่า เนื่องจากมีคลื่นหัวเรือเกิดขึ้นที่ด้านหน้าเมื่อสัตว์ผลักผิวน้ำขณะว่ายน้ำ ทำให้เกิดแรงต้านเพิ่มขึ้น^{[ 39 ]}

สัตว์บกบางชนิดในกลุ่มสัตว์สี่ขาและแมลงได้ปรับตัวเข้ากับการดำรงชีวิตในน้ำในภายหลัง รวมถึงการวิวัฒนาการเพื่อการเคลื่อนที่ในน้ำ^{[ 40 ] [ 41 ]}

แม้ว่าสัตว์สี่ขาจะสูญเสียการปรับตัวตามธรรมชาติหลายอย่างเพื่อการว่ายน้ำเมื่อวิวัฒนาการขึ้นมาบนบก แต่หลายชนิดก็วิวัฒนาการความสามารถในการว่ายน้ำขึ้นมาใหม่ หรือกลับไปใช้ชีวิตในน้ำอย่างสมบูรณ์อีกครั้ง สัตว์น้ำเป็นหลักหรือสัตว์น้ำล้วนๆ ได้วิวัฒนาการมาจากสัตว์สี่ขาบนบกหลายครั้ง ตัวอย่างเช่น^{สัตว์}สะเทินน้ำสะเทินบกเช่นนิวท์^{[ 42 ]}สัตว์เลื้อยคลาน เช่น จระเข้ [ ^{43 ]}งู^{[ 25 ]}เต่าทะเล^{[ 26 ]}และอิกทิโอซอรัส สัตว์เลี้ยง^{ลูกด้วย}นมในทะเลเช่นวาฬ [ ^{44 ]}และนกเช่นเพนกวิน [ ^{40 ]}

ในบรรดาสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังแมลงน้ำได้แก่แมลงเรือน้ำ^{[ 41 ]}และด้วงดำน้ำซึ่งได้ปรับขาหลังของพวกมันให้สามารถใช้เป็นไม้พายในการว่ายน้ำได้ ในด้วงนั้น ขาคู่หนึ่งได้รับการดัดแปลงเช่นนั้น^{[ 45 ]} ในบรรดาแมลงเรือน้ำ (แมลงคอริกซิด) ขาสองคู่มีปลาย ขาเป็นรูปช้อนหรือรูปไม้พาย^{[ 41 ]}

ในปี 2013 เปโดร เรนาโต เบนเดอร์ นักวิชาการด้านวิวัฒนาการของมนุษย์ ได้เสนอว่า สัญชาตญาณการว่ายน้ำได้หายไปเนื่องจากข้อจำกัดที่เกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตบนต้นไม้ในบรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของลิงซึ่งต่อมาได้ถูกเรียกว่า...สมมติฐานบรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของ Saciตามชื่อ Saciตัวละครในนิทานพื้นบ้านของบราซิลที่ไม่สามารถข้ามน้ำได้ ^{[ 46 ]} Bender ตั้งสมมติฐานว่าลิงบรรพบุรุษหลีกเลี่ยงแหล่งน้ำลึกมากขึ้นเมื่อความเสี่ยงที่จะสัมผัสกับน้ำสูงกว่าข้อดีของการข้ามแหล่งน้ำเหล่านั้นอย่างชัดเจน ^{[ 46 ]}การติดต่อกับแหล่งน้ำที่ลดลงอาจนำไปสู่การหายไปของสัญชาตญาณการว่ายน้ำแบบสุนัข^{[ 46 ]}

การว่ายน้ำเป็นที่รู้จักในหมู่มนุษย์มาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์บันทึกการว่ายน้ำที่ เก่าแก่ที่สุด ย้อนกลับไปถึง ภาพวาด ในยุคหินเมื่อประมาณ 7,000 ปีที่แล้ว การว่ายน้ำเพื่อการแข่งขันเริ่มขึ้นในยุโรปราวปี 1800 และเป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อนสมัยใหม่ครั้งแรกในปี 1896ที่เอเธนส์แม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในรูปแบบที่เทียบได้กับการแข่งขันในปัจจุบัน จนกระทั่งปี 1908 สหพันธ์ว่ายน้ำนานาชาติ จึงได้ออกกฎระเบียบ เพื่อจัดการแข่งขันว่ายน้ำ^{[ 47 ]}