Представители костных рыб имеют костный или костно-хрящевый скелет. По старой систематике костных рыб выделяли в ранге класса, в котором было четыре подкласса: хрящекостные (осетровые), лучеперые (подавляющее большинство рыб), двоякодышащие (протоптерус), кистеперые (латимерия). По новой систематике костные рыбы — это группа, включающая два класса: лучеперые и лопастеперые рыбы.

Наружный покров рыб образует эпидермис (многослойный эпителий) и дерма (соединительная ткань). В эпидермисе есть железы, выделяющие слизь, которая уменьшает трение тела о воду при движении рыбы. Чешуя костная. Это отличает костных рыб от хрящевых, у которых чешуя плакоидная (имеет иное происхождение и строение). В коже рыб есть пигментные клетки, обуславливающие окраску тела. Некоторые виды рыб могут менять свою окраску, приспосабливаясь к окружающему фону.

Скелет рыб составляет позвоночник, мозговой череп, висцеральный скелет, скелет парных конечностей и их поясов. Также как у хрящевых у костных рыб позвоночник делится на туловищный и хвостовой отделы. От поперечных отростков тел позвонков отходят ребра. Ребра оканчиваются свободно, они служат защитой внутренним органам. Лучи парных плавников костные, соединены с костями поясов конечностей. Плавник движется относительно своего пояса как единый рычаг. Пояса конечностей костной рыбы лежат в мягких тканях свободно. Мышечная система сохраняет метамерное строение, однако более сложное, чем у хрящевых рыб. Мышцы крепятся к костям скелета. Плавают рыбы за счет движения хвостового плавника. Парные конечности — грудные и брюшные плавники — выполняют функцию рулей глубины.

Спинной мозг рыб находится в канале, образованном верхними дугами позвонков. Таким образом спинной мозг хорошо защищен. Головной мозг защищен черепной коробкой и состоит из пяти отделов: переднего мозга с обонятельными долями, промежуточного и среднего мозга, мозжечка, продолговатого мозга. Наиболее развиты у костных рыб мозжечок и средний мозг. Первый отвечает за координацию движений, а во втором находятся зрительные центры.

В глазах находится шаровидный хрусталик, роговица утолщена. Аккомодация достигается за счет движения хрусталика, а не изменения его формы (как, скажем, у млекопитающих). Рыбы видят в даль обычно до 15 м, т. е. их хрусталик приспособлен для зрения на близком расстоянии. Такое приспособление зрения в процессе эволюции обусловлено низкой прозрачностью воды. Глаза имеют веки. Ноздри ведут в замкнутые обонятельные мешки. Там расположены обонятельные рецепторы.

Хорошо развиты органы химического чувства (обоняния и вкуса). Вкусовые почки у костных рыб находятся не только в ротовой полости, но и в различных местах кожи тела. Орган слуха и равновесия состоит из внутреннего уха, включающего три полукружных канала (орган равновесия), и полого мешочка, который воспринимает звуковые колебания. Благодаря плотности воды звуковые волны передаются через кости черепа и достигают органов слуха (другими словами, во внешнем отверстии нет необходимости). Рыбы могут издавать звуки (скрип, щелчки). Такие звуки выполняют роль сигналов при поиске пищи и во время размножения. Звуки издаются с помощью трения зубов, костей, при изменении объема плавательного пузыря. Осязательные клетки у рыб расположены по всей поверхности тела.

У рыб имеется уникальный орган боковой линии. Он состоит из чувствительных клеток, которые расположены на дне желобков или в каналах на теле рыбы. Эти каналы или желобки имеют отверстия во внешнюю среду. Чувствительные клетки органа боковой линии имеют реснички. Каналы тянутся по обеим сторонам всего тела рыбы.

Функция органа боковой линии — это восприятие колебаний воды. С помощью боковой линии рыбы определяют скорость и направление течения, наличие предметов рядом и даже колебания напряженности магнитных и электрических полей.

В ротовой полости костных рыб имеются недифференцированные зубы. Зубы могут находиться не только на челюстных, но и небных и некоторых других костях. Зубы рыб выполняют лишь функции захвата и удержания добычи, но не измельчают еду. Рыбы просто заглатывают пищу. Слюнных желез у них нет. За ротовой полостью идет глотка и пищевод, открывающийся в желудок. Желудочный сок содержит соляную кислоту и пепсин, которые частично расщепляют пищу. Дальнейшее переваривание происходит в кишечнике с помощью секретов печени и поджелудочной железы. У растительноядных видов костных рыб в кишечнике обитают симбиотические простейшие и бактерии, которые выделяют ферменты, способствующие перевариванию пищи. Мальки рыб питаются планктоном. Пища взрослых костных рыб разнообразна, многие всеядны.

Плавательный пузырь в процессе эмбрионального развития костной рыбы образуется как вырост на спинной стороне кишки в области будущего пищевода. У ряда рыб пищевод и плавательных пузырь сохраняют сообщение между собой и во взрослом состоянии. Плавательный пузырь, выполняя функцию гидростатического органа, позволяет костным рыбам находиться наплаву без всяких мышечных усилий. Это происходит за счет изменения объема газов в пузыре. Кровь капилляров стенок пузыря поглощает из него или выделяет в него газ. Когда пузырь увеличивается, общая плотность рыбы уменьшается, и она всплывает. У всех хрящевых рыб плавательного пузыря нет. Среди костных рыб его нет у скумбриевых и многих донных видов. Кроме своей основной функции, плавательный пузырь частично участвует в дыхании. У костных рыб от 5 до 7 пар жаберных щелей, поддерживаемых жаберными дугами и прикрытых с каждой стороны одной жаберной крышкой. В процессе эмбрионального развития жаберные отверстия образуются в переднем отделе пищеварительной трубки. На жаберных дугах расположены жаберные лепестки, в которых находится густая сеть мелких капилляров. Здесь происходит газообмен. Кроме дыхания жабрами ряд рыб частично осуществляют газообмен с помощью кожи. Также могут заглатывать воздух, в этом случае кислород всасывается кишечником.

Сердце рыб двухкамерное (одно предсердие и один желудочек), следовательно, имеется только один круг кровообращения. Через сердце проходит венозная кровь, которая затем направляется в жабры. Оттуда уже артериальная кровь через выносящие жаберные артерии попадает в спинную аорту и по отходящим от нее сосудам разносится по тканям. Отдав кислород, кровь по венам собирается в предсердие.

Выделительная система рыб представлена двумя туловищными почками, которые имеют лентовидную форму. У большинства костных рыб конечным веществом распада белков является аммиак. Он ядовит и для вывода его из организма требуется много воды. Моча из почек через мочеточники поступает в мочевой пузырь, откуда выходит через самостоятельное отверстие. Частично продукты распада у рыб удаляются через жабры в процессе дыхания.