齒鯨小目種類繁多，現存約 75種，分屬 9科：抹香鯨科、小抹香鯨科（侏儒抹香鯨科）、恆河豚科（淡水豚科）、喙鯨科（劍吻鯨科）、亞河豚科、拉河豚科、海豚科、鼠海豚科、獨角鯨科（一角鯨科），另有 1個單型的白鱀豚科，被認為已於 21世紀初功能性滅絕。齒鯨口內無須，但有牙齒，多呈圓錐狀，主要以烏賊、魚類為食。鼻孔只有一個。體型差異較大，從 1米長的侏海豚到 18米長的抹香鯨不等，通常雄性大於雌性。

鯨類為現代哺乳動物中最適應水中生活者，在從陸生向水生轉變的歷程中，演化出近似魚類的外形，同時體毛退化（一些鯨類的初生幼體的吻部仍有少量剛毛，大部分種類在成長中褪去，小部分種類保留終身），汗腺和皮脂腺也隨著鯨類最終完全水生而退化。

鯨類身軀肥圓，略呈桶狀，側看呈流線形。多數種類頸椎癒合，頭與身體直接相連，無法在身體不動的情況下扭轉頭部。前肢特化為鰭狀肢，內部仍有趾骨殘留。後肢完全退化，僅存 1對小骨片。軀幹後部為尾柄，尾末左右兩端擴充套件形成水平的尾鰭，可上下搖擺，推動身體前進。多數鯨類長有背鰭，立於脊背後方或背中央。眼小，無瞬膜和淚腺，視力較差。無耳廓，僅有微小的耳孔，但在水中和空氣中均有良好的聽力。外鼻孔位於頭頂，俗稱噴氣孔。用肺呼吸，肺左右各 1葉。胃分 3室。除淡水豚外的鯨類都有 1層豐厚的脂肪，藉此保溫、減少身體比重和增加浮力，有助於游泳和出水換氣。氣管和食管完全分離，因而不能用嘴呼吸。

鬚鯨口內無齒，上頜兩側各有 150－400縷角質鯨鬚；鯨鬚的顏色、數目和形狀因種而異，是分類的重要依據；它們利用鯨鬚在海水中濾食磷蝦、小魚、頭足類和貝類，食物直接吞入腹中，不加以咀嚼。鬚鯨是世界上體型最大的一類動物，且雌性大於雄性。鬚鯨中最小的小露脊鯨體長也超過 5米，而最大的藍鯨更是史上最大的動物，可達 33米長、近 200噸重。鬚鯨頭部極大，如露脊鯨科的頭可達體長的 1/3，最多可佔體重的 40%；頭頂偏後處有一對（兩個）外鼻孔；僅有 1－2對肋骨與小型胸骨相連，無鎖骨；鰭肢一般 4趾；所有鬚鯨均有盲腸。鬚鯨通常喜歡溫度較低且食物豐足的海水，會游到赤道附近產下後代，在此過程中可數月不進食，以其脂肪儲備為能量來源。

齒鯨有各種形狀的牙齒，如圓錐形（海豚科及抹香鯨）、鏟形（鼠海豚科）、釘形（白鯨）、長矛形（獨角鯨）等；雌喙鯨的牙齒隱於牙齦內，大部分雄喙鯨只有 2顆短牙；雄獨角鯨和 15%的雌獨角鯨有突出嘴外的 1－2顆長牙，構成牙齒的百萬個細胞能感測水溫、壓強及鹽度。齒鯨捕食魚類、頭足類、甲殼類等，和鬚鯨一樣不會咀嚼食物；某些齒鯨（如虎鯨）會捕食哺乳動物，獵物包括鰭足類和其他鯨類。齒鯨的體型差異較大，從 1米長的侏海豚到 18米長的抹香鯨不等，多數種類雄性大於雌性。許多齒鯨為兩性異形，外貌因性別而有很大不同，可能是為了便於雄性求偶或彰顯攻擊性而形成的。齒鯨的頭頂偏後處有單個外鼻孔（抹香鯨的外鼻孔位於頭部左前方）；鰭肢一般 5趾；擁有相當發達的聲吶系統，並可用額隆（頭頂前方的脂肪組織）進行回聲定位。它們的聽覺十分敏銳，甚至有些失明的齒鯨可以只靠聽覺存活。除恆河豚外的所有齒鯨均無盲腸。部分齒鯨極善潛水，如抹香鯨與柯氏喙鯨可下潛至 2000多米深的海域，憋氣一兩個小時。

鯨魚用肺呼吸，每隔4個小時就會游到海面上呼吸，是溫血動物，體溫大約為37℃，心跳每分鐘只有10次、。其幼崽由哺乳餵養，還有少許毛髮。一些種類可以潛到極深的深度，它們往往擁有厚重的脂肪層，或叫作鯨脂，能在冰冷的水中保持溫暖。

鯨的體形是梭狀的。它的前肢形成鰭，後肢完全退化，尾巴變成尾鰭，可以上下襬動，是游泳的主要器官。有些種類還有背鰭，用來平衡身體。肋骨有10～20對，胃分四個室，腎臟多為瘤狀。

特別值得矚目的是藍鯨。它是世界上現存的最大動物，體長可達30米，重達180噸。

鯨魚壽命一般為 40-90年，因物種而異。

鯨類擁有敏銳的聲吶系統，能利用回聲定位功能，發出聲波訊號覓食和通訊，人類發明的聲吶就是透過鯨和海豚的聲吶原理髮明的。鯨類依靠敏銳的聽覺在水下生存，但須鯨和齒鯨在聽覺能力上卻展現出巨大的差別。鬚鯨能接收到頻率低到人類難以察覺的次聲波，這使得它們可以遠距離溝通，而齒鯨的情況正好相反，它依賴超聲波，這種聲波的頻率太高以至於人類無法聽到。發表在 2017年 6月《當代生物學》雜誌的報告稱，研究人員從滅絕的早期鯨類化石中找到了證據，證明鯨類聽覺能力上的差異是進化為完全水生動物後才出現的；水陸兩棲的史前鯨類的聽覺系統，與它們的陸地近親更為相似，甚至是豬、河馬、駱駝等動物。

鯨對聲吶的使用頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑 0.2 的金屬絲和直徑 1 的尼龍繩，能區別開只相差 200 ps的兩個訊號，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的“目標識別”能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、電木、塑膠等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有噪聲干擾，它會提高叫聲的強度蓋過噪聲，以使自己的判斷不受影響。海豚聲吶還具有感情表達能力，已經證實海豚是一種有“語言”的動物，同類之間正是透過聲吶系統“交談”，它們的聲吶系統分工明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，並有透過調頻來調變位相的特殊功能。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物不得不採用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊，它們的聲吶效能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物的聲吶之謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。

由於環境惡化和人類的大量捕殺，鯨類特別是一些大型成員由於經濟價值高而受到廣泛捕獵，許多鯨類已瀕臨滅絕。

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