Поступившие через кровеносную систему пчелы продукты расщепления питательных веществ могут освободить содержащую в них энергию клеткам тела только в процессе окисления. Необходимый для этого процесса кислород доставляется органами дыхания, которые при этом участвуют в одновременном удалении из организма пчелы конечных продуктов распада — углекислого газа и воды. В отличие от позвоночных животных, где доставка кислорода к тканям и клеткам организма происходит через замкнутую кровеносную систему, с участием легких, у пчел, как и у других насекомых, воздух ко всем органам и клеткам тела поступает непосредственно через сложную замкнутую систему трахей. Вся полость тела пчелы пронизана хорошо развитой системой, в состав которой входят трахейные стволы, воздушные мешки, трахеи и трахеолы. Воздух в тело пчелы попадает через дыхальца (отверстия), откуда воздух поступает в воздушные мешки и далее по многочисленным тонким трахеям и трахеолам уже разносится по всему телу.

Дыхальца (стигмы) у всех особей пчелиной семьи расположены на боковых частях груди и брюшка на груди их 3 пары, на брюшке рабочей пчелы и матки 6пар, у трутня — семь. Воздух через дыхальца попадает в дыхательную камеру, стенки которой покрыты волосками, защищающими трахеи пчелы от поступающей с воздухом пыли. Камера соединяется с трахеей через клапан (запирательный аппарат), который регулирует поступление воздуха и удаление образовавшихся водяных паров из организма пчелы.

Воздушные мешки, представляющие собой крупные трахейные сосуды у пчел находятся на брюшке (одна пара очень крупных), груди (переднегрудной и заднегрудной) и в голове (3 пары). Воздушные мешки у пчел играют роль резервуаров запасного воздуха, уменьшая при этом удельную массу пчелы при полете, способствуют механической вентиляции трахейной системы пчелы.

Трахеи — тонкостенные, сильно разветвленные трубочки. Внутренние хитиновые стенки трахеи образуют спиральные утолщения, придающие им прочность и препятствующие спаданию и вдавливанию их просвета. Трахее, разветвляясь, густой сетью оплетают все органы и ткани пчелы, в конечной своей части они переходят в тончайшие трахейные капилляры (трахеолы), которые лишены хитиновой спирали. Трахеолы ветвясь между клетками тканей пчелы, доставляют им кислород и удаляют углекислый газ.

Воздухообмен в воздушных мешках и крупных трахеях происходит активно с помощью дыхательных движений брюшка пчелы. При сокращении тергиты и стерниты заходят один за другой, при расширении они раздвигаются. Движение воздуха в тонких трахеях и трахеолах происходит в силу диффузии газов.

Интенсивность дыхания пчелы напрямую зависит от ее физиологического состояния, температуры внешней среды и других условий. Пчелы в спокойном состоянии делают от 40 до 50 дыхательных сокращений брюшка в минуту, во время активного движения, когда одновременно происходит усиление обмена веществ количество дыхательных сокращений у пчелы достигает 120-150 сокращений.

Кровеносная система у пчел кардинальным образом отличается от кровеносной системы позвоночных. У пчел в отличие от позвоночных отсутствуют кровеносные сосуды по которым у позвоночных постоянно циркулирует кровь. В крови пчелы, которая называется гемолимфой, отсутствуют эритроциты, содержащие гемоглобин, поэтому в отличие от крови позвоночных животных гемолимфа не выполняет дыхательной функции.

Гемолимфа составляет внутреннюю среду организма пчелы. Омывая все органы, ткани и клетки, она доставляет им питательные вещества и вбирает в себя продукты обмена (мочевую кислоту и ураты), которые затем удаляются из гемолимфы через органы выделения. Дополнительно гемолимфа, благодаря постоянству осмотического давления и активной кислотности обеспечивает относительную стабильность многих физиологических и биохимических процессов в соприкасающихся с ней тканях и органах и в определенной мере осуществляет взаимодействие между ними. Наконец, гемолимфа выполняет функцию защиты организма пчелы от воздействия вредных микроорганизмов и веществ. Внешне гемолимфа представляет из себя прозрачную, слегка желтоватую жидкость. Она состоит из жидкой части — плазмы и форменной – клеток, называемых гемоцитами. В гемолимфе клеточные элементы составляют около 20-25% от ее общего объема.
Плазма гемолимфы имеет слабокислую реакцию (рН 6,2-6,6). В плазме содержится 6-7% белка, до 10%-аминокислот, до 5% -жиров, до 4,4% глюкозы а также минеральные вещества, многочисленные ферменты и гормоны. Из за отсутствия в гемолимфе фибриногена, плазма у пчел, как и у других насекомых не свертывается.

Кровообращение у пчелы. Несмотря на отсутствие у пчелы замкнутой кровеносной системы кровообращение у пчелы происходит в определенных направлениях благодаря действию спинного сосуда и брюшной и спинной диафрагмы. Диафрагмы у пчел делят брюшную полость на две полости — спинную и брюшную, которые у пчел принято называть кровяными синусами. В спинном синусе находится спинной сосуд, который у пчелы тянется вдоль всего тела. В расширенной части спинного сосуда, находящейся в брюшке и выполняющий роль сердца, имеется пять камер.
В боковых стенках каждой камеры находятся отверстия (ости). Через которые кровь поступает в сердце. При переходе в грудь спинной сосуд образует несколько петель, которые заключены во влагалищную сумку, что предохраняет сосуд от резких толчков при полете пчелы, а через сумку кровь частично обогащается кислородом. В дальнейшем спинной сосуд проходит между мускулами груди в голову пчелы, где оканчивается отверстием ниже мозга. Передний суженный конец спинного сосуда называется аортой.
Сердце у пчелы играет роль насоса, который накачивает кровь из брюшка в голову. Брюшная диафрагма своими волнообразными движениями спереди назад гонит кровь в брюшном синусе к концу брюшка. Одновременно вертикальные движения этой диафрагмы направляют часть крови в общую брюшную полость, где кровь, омывая среднею кишку, обогащается питательными веществами и освобождается от образовавшихся в организме пчелы продуктов обмена, которые всасываются органами выделения, расположенными на пути движения крови. Ритмическими движениями спинной диафрагмы обогащенная питательными веществами и освобожденная от продуктов распада кровь из общей брюшной полости нагнетается в спинной синус, откуда поступает в спинной мозг, а затем поступает в спинной сосуд, а потом в головную полость. Таким образом, наиболее чистая и богатая питательными веществами кровь омывает в первую очередь такие жизненно важные для пчелы органы как: мозг, органы чувств, слюнные железы, расположенные в голове и только потом органы и ткани, которые находятся в груди и брюшке. Продвижение гемолимфы в усики, ножки крылья обеспечивается расположенными у их основания специальными пульсирующими органами, которые сокращаются независимо от работы спинного сосуда. У взрослой пчелы при спокойном состоянии спинной сосуд (сердце) сокращается 60-70 раз в 1 минуту во время движении пчелы сердце сокращается – до 100раз, а после полета-140-150 раз в 1 минуту.