열목어(熱目魚)라는 물고기의 이름은 뜻으로 풀이해 보면 눈에 열이 많거나 붉은 빛이 나는 물고기로 생각된다. 그러나 눈동자 색은 검으며 눈에서 열이 나지도 않는다. 옛 문헌에는 조선 시대 이전까지 열목어(熱目魚)라는 말이 보이지 않는다. 다만 여러 문헌에서 ‘여항어(餘項魚)’로 표기하고 있다. 조선 후기에『전어지(佃漁志)』에 열목어를 한자로 여항어(餘項魚), 한글로는 ‘연목이’라고 되어 있다. 일본에서는 '산의 여인'이라는 뜻을 가진 야마메(ヤマメ, 山女魚)로 불린다고 한다.
열목어는 다른 연어과와 다르게 강과 바다를 오가지 않고 민물에서만 평생을 지낸다. 연어과 물고기의 특징을 가지고 있는 열목어는 몸길이가 보통 7cm 정도지만 어떤 것은 1m에 이른다. 몸은 길고 옆으로 납작하고 비늘은 매우 작으며, 꼬리자루 부분은 가늘다. 입이 작고 턱뼈에 날카로운 이빨이 1~2줄 나 있으며 입 주위에 수염은 없다. 옆줄은 꼬리 와 아가미까지 연결되어 있으며, 직선으로 나 있지만 앞쪽은 위쪽으로 모양이 나 있다. 기름지느러미가 있는 게 특징이다.
열목어의 몸 색깔은 은색 바탕에 크고 작은 자홍색의 작은 반점들이 몸의 옆면과 등에 불규칙적으로 있다. 등 쪽은 어두운 흑갈색이고 배 쪽은 은백색이다. 어린 개체는 연어과의 어린 개체의 특징인 파 마크(parr mark)라고 불리는 흑갈색의 가로무늬가 몸통 옆면에 9~10개 있다. 다 크게 되면 희미해지거나 사라진다. 기름지느러미는 짙은 빛깔이고 1쌍의 덧지느러미가 있다.
4∼5월의 산란기가 되면 짙은 홍색으로 온몸의 색이 변한다. 등과 가슴지느러미는 회록색을 띤 무지갯빛을 내게 된다. 이때 산란 장소는 물이 흐르는 소와 여울의 가장자리에 알을 낳는다. 알을 낳는 곳의 바닥은 모래와 자갈로 이뤄져 있고 물의 흐름이 완만한 곳을 선택한다. 산란 시 행동은 연어과의 다른 종과 비슷하게 행동한다. 수컷이 암컷을 따라다니다가 암수가 함께 바닥의 모래와 자갈을 파헤치면서 그와 동시에 암컷이 알을 낳고 수컷이 뒤를 이어 정액을 방출하여 알을 수정시킨다. 열목어의 산란장은 지름이 약 30cm인 원형이며, 깊이는 5cm 정도이다. 수정된 알은 약 30일이면 부화한다. 그해에 몸길이가 6~7cm 정도까지 자라며, 3년 이상이면 30cm 이상까지 자란다고 한다.
1급수의 대표 어종으로써 차가운 수온에서 사는데 수온이 높아지거나 산소량이 부족하면 죽게 된다. 여름에는 차갑고 깊은 물 속에 살며 늦은 가을과 겨울에는 수면 위로 올라와서 얼음 밑에서 발견되기도 한다. 큰 돌로 이뤄져 있는 하천 바닥에 살며 수량이 많고 수심이 2m 이상인 깊은 소에 주로 머문다. 하천 주변으로 활엽수들이 많아서 그늘이 항상 덮고 있어야 한다. 숲 그늘은 햇볕이 수면에 직접 닿는 것을 방지해서 수온 상승을 막는 효과가 있기 때문이다.
주된 먹이는 하루살이, 잠자리, 강도래, 노린재, 날도래, 딱정벌레, 파리 등의 수서곤충을 비롯해 버들치, 금강모치, 새미 같은 작은 물고기와 개구리, 옆새우 등 다양한 동물을 먹이로 삼는다. 북한강과 남한강 상류와 낙동강(봉화군)에 제한적으로 분포하기 때문에 환경부에서 멸종위기종으로 지정하여 보호하고 있다. 시베리아, 연해주, 흑룡강 등 동북아시아 지역 등의 냉수 계에 분포한다. 서식지 중에서 열목어가 사는 최남단으로 강원도 정선군 고한읍 정암사와 경북 봉화군 석포면 대현리 일대가 가치를 인정받아 각기 천연기념물 제73호와 제74호로 지정되어 있다. 특별 보호어종으로 1996년 1월에는 환경부가 지정함으로써 허가 없이 이를 채취·포획·가공·유통할 수 없도록 하였다. 2012년 5월 31일 종을 보호하기 위해 멸종위기 야생생물 2급으로 지정되었다.
열목어가 감소하는 원인은 다양하나 가장 심각한 문제는 고랭지 경작지와 하천 정비이다. 하천 오염과 수온 상승은 열목어의 생존에 가장 큰 영향을 미친다. 수도권과 가까운 한강 상류 지역은 고랭지 경작지가 최근에 크게 늘어 열목어 점차 서식지가 사라지고 개체 수도 빠르게 줄어들고 있다. 한때 경북 봉화군 낙동강 상류의 열목어는 광산 개발로 모두 절멸했으나, 이후 복원을 했는데 강원도 홍천군에서 열목어를 옮겨와 그 명맥을 이어가고 있다. 유명한 열목어 서식지로는 민간인통제선 내의 강원도 양구군 방산면 두타연이 서식지로 유명하다.