Per individuare le proprie prede, questi uccelli utilizzano principalmente la vista: dal proprio punto d'osservazione (che può essere a pochi centimetri dal pelo dall'acqua, così come a qualche metro d'altezza) essi osservano l'acqua, pronti a cogliere un movimento di una potenziale preda sotto la superficie. A questo scopo, la vista del martin pescatore è estremamente sviluppata: gli occhi possiedono due fovee connesse fra loro da una fitta rete neuronale e sono in grado di polarizzare la luce grazie alla presenza di vacuoli ricchi di carotenoidi nelle cellule cono, riducendo così gli effetti della riflessione. I martin pescatore, inoltre, imparano con l'esperienza a compensare il fenomeno della rifrazione, rendendo così la pesca più efficiente.
Una volta individuata la preda, l'animale comincia a muovere la testa avanti e indietro, "annuendo" curiosamente allo scopo di valutare al meglio le distanze che da essa lo separano: a questo punto, esso spicca il volo, e si tuffa per catturarla. Quando l'animale si immerge, gli occhi sono chiusi da una membrana nittitante, che consente all'animale di vedere anche in immersione: in questa occasione, infatti, il cristallino dell'animale punta verso la fovea ausiliaria[11], grazie alla posizione delle quali in ambiente subacqueo il martin pescatore presenta visione binoculare, che sebbene meno acuta rispetto alla visione monoculare che questo animale presenta fuori dall'acqua è molto più importante in questo frangente per valutare le distanze[12].
Dopo aver catturato la preda, il martin pescatore fa ritorno al proprio punto d'osservazione per poterla consumare con calma. Se si tratta di un grosso animale (come un girino, un gambero od un pesce), esso procede a sbatterlo ripetutamente contro il ramo tenendolo per la coda, in modo tale da stordirlo od ucciderlo: questo è particolarmente importante quando la preda presenta chele, spine o raggi delle pinne appuntiti, che potrebbero ferire il martin pescatore. Lische, esoscheletri e scaglie vengono rigurgitati in boli.
