Tim chim có bốn ngăn, cung động mạch chủ phải tham gia vào vòng tuần hoàn lớn (không giống như động vật có vú là cung động mạch chủ trái). Tĩnh mạch chủ dưới nhận máu từ các chi thông qua một hệ gánh thận. Tim chim đập nhanh và nhịp tim tỉ lệ nghịch với khối lượng cơ thể. Ở gà, tim đập khoảng 250 lần/phút, ở sơn tước đầu đen khi ngủ là 500 lần, khi hoạt động lên tới 1000 lần/phút, riêng với loài chim ruồi ức đỏ (Archilochus colubris), tim mỗi phút có thể đập 1200 lần (20 lần/giây). Điều này giúp cho máu chim lưu thông nhanh, giúp vận chuyển nhanh ôxy và chất dinh dưỡng cho các cơ quan, cung cấp kịp thời năng lượng để bay và duy trì hoạt động mức độ cao. Bên cạnh đó, hồng cầu chim có nhân (khác với các loài thú), nhiều và lồi hai mặt, hemoglobin liên kết với ôxy và cacbonic yếu nên việc giải phóng các khí này diễn ra nhanh trong máu. Đây là lý do vì sao chim có thân nhiệt cao, vào khoảng từ 38-45,5*C, tuỳ mỗi loài.