Hummingbirds memiliki kemampuan terbang yang jauh lebih unik daripada burung lainnya, dan mampu terbang tidak hanya ke depan, tetapi juga ke belakang, ke samping, dan lurus ke atas. Mereka juga dapat melayang-layang secara luas, lebih lama daripada burung-burung yang melayang-layang jangka pendek seperti ospreys, kestrels, kingfishers, dan beberapa spesies lainnya. Hummingbirds bahkan dapat melakukan aerobatik seperti jungkir balik saat mereka melesat di antara bunga mencari nektar dan serangga.
Keunikan penerbangan burung kolibri telah mempesona ahli burung selama beberapa dekade. Saat ini, penggunaan film berkecepatan tinggi dan teknik canggih untuk menganalisis arus udara di sekitar sayap burung hummingbird telah memungkinkan para ilmuwan untuk lebih memahami bagaimana kolibri
Tulang berongga, menyatu tulang belakang, dan tulang panggul menyatu menghilangkan kelebihan otot dan ligamen untuk meringankan berat burung tanpa mengorbankan dukungan yang melindungi organ internal.
Otot pectoral (dada) yang lebih besar bertanggung jawab untuk menggerakkan sayap. Otot pektoris burung kolibri mencapai lebih dari 25 persen berat tubuhnya, persentase yang lebih tinggi daripada spesies burung lainnya.
Kaki minimal mengurangi hambatan aerodinamis saat terbang dan menurunkan berat badan lebih banyak lagi. Kaki burung kolibri tidak bisa berjalan, mereka hanya bisa hinggap atau sedikit bergeser ke samping.
Tulang yang lebih panjang dan kuat di bagian "jari" sayap menjaga sayap tetap stabil dengan setiap stroke dan memungkinkan gerakan halus yang lebih besar untuk mengontrol arah penerbangan. Jantung yang membesar untuk pemompaan yang lebih efisien mendukung ketukan sayap yang lebih cepat dan distribusi oksigen yang lebih efisien ke otot-otot.