鱼类能够自由上浮主要依靠鱼鳔这一特殊器官的浮力调节功能。鱼鳔通过改变内部气体体积来调整鱼体密度，当鱼鳔膨胀时体积增大，排开水量增多，浮力随之增加使鱼体上浮；反之收缩鱼鳔则会导致下沉。这种精密的生理机制使鱼类能在不同水层间灵活移动。

鱼鳔的运作原理本质上符合阿基米德浮力定律。实验数据显示，当鱼鳔气体体积增大10%时，鱼体产生的浮力可提升约12%。这种调节能力与鱼鳔肌的发达程度直接相关，例如深海鱼的鱼鳔肌厚度可达浅水鱼类的3倍以上，能承受20个大气压的水压。研究还发现，鲫鱼在冬季会主动上浮至表层水域，这是因为水温每升高1℃，鱼体代谢率可提升约15%，而表层阳光直射区域的水温通常比底层高3-5℃。溶氧量变化也是重要诱因，当水深每增加1米，溶氧量下降0.8mg/L，临界值低于1mg/L时鱼类会因缺氧被迫上浮。在气压低于1000hPa的闷热天气，水体溶氧饱和度骤降30%，此时鱼类上浮现象尤为明显。值得注意的是，鱼类的上浮行为还受生物节律影响，例如春季产卵期的鲫鱼会在清晨5-7点集中上浮至0.3-1米浅滩，该时段表层水温较夜间回升4℃左右，既满足繁殖需求又利于胚胎发育。这些复杂的适应机制共同构成了鱼类垂直迁徙行为的科学基础。