La vessie natatoire (vessie gazeuse, vessie d'air) est un organe interne rempli de gaz. Elle aide de nombreux poissons osseux (mais pas les poissons cartilagineux) à contrôler leur flottabilité.

Les poissons dotés d'une vessie natatoire peuvent rester à leur profondeur actuelle sans avoir à gaspiller de l'énergie pour nager. La position dorsale de la vessie natatoire signifie que le centre de masse est en dessous du centre du volume, elle agit donc comme un agent stabilisateur. De plus, la vessie natatoire est une chambre de résonance, pour produire ou recevoir des sons.

Les vessies natatoires sont étroitement liées (c'est-à-dire homologues) aux poumons sur le plan de l'évolution. Selon la sagesse traditionnelle, les premiers poumons (de simples sacs reliés à l'intestin) permettaient aux poissons d'avaler de l'air dans des conditions de manque d'oxygène. Ils ont évolué pour devenir les poumons des vertébrés terrestres actuels et de certains poissons (dipneustes, gar, bichir) et aussi les vessies natatoires des poissons à nageoires de raie.