Le penne sono le strutture cutanee caratteristiche del tegumento degli Uccelli e sono estremamente importanti sia per il controllo della temperatura che per il volo; esse sono composte dalla cheratina, la stessa sostanza cche forma anche le unghie ed i capelli umani. In ogni penna si può distinguere un asse, che comprende due parti: l'inferiore, detta calamo, è vuota, trasparente e priva di barbe e s'inserisce direttamente nella pelle. La parte superiore, chiamata rachide, è invece piena; da essa si dipartono su entrambi i lati le barbe, ramificazioni laterali che danno origine alle barbule di primo ordine, le quali si agganciano saldamente tramite uncini alle barbe vicine ed alle barbule di secondo ordine, formando un intreccio sottile e flessibile. Questa particolare disposizione è responsabile della resistenza offerta dalla penna qualora si cerchi di dividerne le barbule. Gli uccelli si dedicano spessissimo durante la giornata a lisciare le penne con il becco, ripristinando gli agganci delle barbule e quindi la compattezza del piumaggio. 

Rispetto alle loro funzioni, le penne si distinguono in:

• remiganti: le più lunghe e strette che, quando l'uccello è a riposo, si sovrappongono le une alle altre (come stecche di un ventaglio). Queste penne, che formano la quasi totalità dell'ala, si suddividono in: primarie, secondarie e terziarie. Esse  devono il loro nome alla loro funzione di "fendere" l'aria, consentendo così il volo; gli Uccelli non volatori (Struzzi, Pinguini) ne sono sprovvisti.
• copritrici: sono penne corte e larghe, che coprono l'attacco delle precedenti e sono disposte come le tegole di un tetto; hanno funzione protettiva e si distinguono in copritrici del corpo e dell'ala. Le copritrici dell'ala , a loro volta, si  distinguono in: primarie, grandi copritrici, medie copritrici, piccole copritrici e marginali.
• timoniere: lunghe e robuste, si trovano sulla coda e -come dice il loro nome - hanno il compito di dare la direzione durante il volo.

Un ulteriore tipo di penne è rappresentato dal piumino, ideale per difendere gi uccelli dal freddo; esso è costituito da un insieme di particolari penne, dette piume, che sono di aspetto filamentoso e setoso, mancando di rachide e di barbe. Alcuni Uccelli presentano il piumino solo alla nascita, altri invece lo conservano per tutta la vita sotto lo strato di penne esterno (es. gli Anatridi).

Le penne si mantengono impermeabili grazie ad una sostanza grassa e lubrificante secreta dall'uropigio, una ghiandola presente all'inserzione della coda, il cui secreto viene raccolto e spalmato sul piumaggio tramite il becco.

Nonostante le cure assidue che gli Uccelli dedicano quotidianamente al loro piumaggio, con l'andar del tempo le penne cadono e vengono sostituite da quelle nuove: questo processo è detto muta e si verifica solitamente una volta all'anno. Per poter mutare il suo piumaggio, l'uccello deve poter disporre di un notevole apporto proteico, tale da reintegrare circa un terzo del suo peso corporeo: essendo una fase così delicata nella vita dell'animale, la muta si verifica quando l'uccello può godere di condizioni di relativa tranquillità.  Ovviamente la sostituzione delle remiganti, deputate al volo,  è il momento più critico della muta: le modalità di perdita e ricrescita di queste penne sono molto diverse da specie a specie, in alcuni casi - come negli Anatidi - tale processo obbliga l'animale a rimanere a terra per 2-3 settimane.

Il piccolo degli Uccelli nasce nudo, o provvisto tuttalpiù del piumino; in ogni caso, al momento dell'abbandono del nido, il giovane possiede un corredo completo di penne vere, detto livrea giovanile; l'aspetto di tale livrea varierà con la prima riproduzione, fase che in molte specie coincide con il completamento del primo ciclo di piumaggio. Da questo momento in poi, l'uccello alternerà nel corso della sua vita due tipi di livree, quella estiva e quella invernale, anche se non sono infrequenti i casi in cui, in seguito ad una muta parziale, molti Uccelli sfoggiano per tutto l'anno una livrea che è a metà strada tra quella estiva e quella invernale, rendendo così problematica al birdwatcher l'identificazione della specie cui l'animale appartiene.