Les tortues marines descendent des tortues terrestres. Il y a plusieurs millions d’années, les ancêtres des tortues marines vivaient sur la terre ferme en même temps que les dinosaures. Plus tard, elles ont colonisé le milieu marin, sans doute pour échapper aux prédateurs terrestres, mais aussi pour la recherche de nouvelles ressources alimentaires. Elles ont cependant gardé certains caractères de leurs ancêtres terrestres, notamment le besoin de respirer de l’air.

Bien qu’elle passe la majorité de sa vie sous l’eau, la tortue marine a un système respiratoire pulmonaire : comme l’ensemble des reptiles, elle possède des poumons. Elle doit donc remonter à la surface pour respirer de l’air. Ainsi, son corps est parfaitement adapté à l’apnée. Sous l’eau, entre deux respirations, elle peut se nourrir et avaler de l’eau de mer sans se noyer. Quand elle est en activité elle peut rester plusieurs minutes sans respirer avant de remonter à la surface pour remplir ses poumons d’air. Elle est capable de stocker beaucoup plus d’oxygène que les humains dans son sang et ses tissus, ce qui augmente ses capacités de rester sous l’eau.

Durant les phases de repos, la tortue marine peut rester plusieurs heures en apnée. Si cétacés alternent leur cerveau pour assurer la respiration pendant qu’ils dorment, la tortue marine s’est adaptée autrement pour pouvoir dormir sous l’eau. Pendant le repos, elle réduit considérablement son rythme cardiaque, et diminue de cette manière sa consommation en énergie et donc en oxygène.

Il n’est pas rare de pouvoir observer une tortue marine se faire bercer par les vagues entre deux eaux, les yeux fermés. Il est alors important de ne pas la déranger : le réveil soudain puise dans réserves d’oxygène vital et la force à remonter à la surface pour respirer.