A temperatura da água é um dos fatores ecológicos mais importantes para os peixes, sendo que a tolerância a temperaturas extremas depende da espécie, do estágio de desenvolvimento e do período de aclimatação a que foram submetidos os organismos. Tilápias, por exemplo, podem resistir a temperaturas acima de 35ºC, mas não resistem a exposição prolongada em temperaturas abaixo de 10ºC. Já as trutas vivem em águas mais frias, sendo o ideal para essa espécie temperaturas entre 10 e 20ºC.
Em geral, para cada espécie existem faixas de temperatura ideais para o crescimento e alimentação, podendo estas ser diferentes nas fases adulta e jovem. É também notadamente conhecida a influência das mudanças de temperatura na reprodução ou na migração.
A temperatura, o oxigênio dissolvido e o efeito da contaminação são fatores intimamente relacionados no ambiente aquático, já que com o aumento de temperatura há aumento da taxa metabólica dos organismos, acarretando maiores gasto energético, consumo de oxigênio e, conseqüentemente, maior sensibilidade aos efeitos dos poluentes.
De um modo geral, pode-se descrever os efeitos deletérios da temperatura nos peixes em função de temperaturas predominante altas ou baixas e do choque térmico:
- Altas temperaturas: poucas espécies resistem a temperaturas elevadas (acima de 35ºC), pois estão, geralmente, associadas à diminuição nos teores de oxigênio dissolvido no meio e, ao mesmo tempo, ao aumento na taxa respiratória, além de afetar o metabolismo dos peixes, pois diminuem a afinidade da hemoglobina (pigmento do sangue) pelo oxigênio. Qualquer uma dessas condições, de um modo geral, irão resultar na morte dos peixes por asfixia.
- Baixas temperaturas: baixas temperaturas também levam a maioria dos peixes a morte, sendo que esses organismos irão apresentar focos hemorrágicos. Baixas temperaturas também poderiam provocar o enfraquecimento dos organismos devido à diminuição da produção do muco protetor da pele, facilitando o ataque de parasitas, podendo inclusive levá-los à morte.
- Choques térmicos: são consideradas variações bruscas de temperatura oscilações de, pelo menos, 3 a 4ºC num mesmo dia. Essas variações são extremamente estressantes para os peixes (levando-os geralmente à morte), sobretudo para peixes em estágios mais jovens (e, portanto, mais sensíveis), já que por serem organismos de sangue frio não têm a capacidade de regular a temperatura do corpo e necessitam de um tempo de adaptação quando há alterações na temperatura do ambiente.