Bộ não của cá voi là bộ não lớn nhất được biết đến của bất kỳ động vật hiện đại hoặc đã tuyệt chủng nào, nặng trung bình khoảng 7,8 kg (17 lb), nặng hơn năm lần so với con người và có thể tích khoảng 8.000 cm3. Mặc dù bộ não lớn hơn thường tương quan với trí thông minh cao hơn, nhưng đó không phải là yếu tố duy nhất. Voi và cá heo cũng có bộ não lớn hơn con người. Cá voi tinh trùng có hệ số đầu thấp hơn nhiều loài cá voi và cá heo khác, thấp hơn so với loài khỉ không phải người, và thấp hơn nhiều so với con người. Bộ não của cá voi tinh trùng là lớn nhất trong tất cả các động vật có vú, cả về mặt tuyệt đối và tương đối. Hệ thống khứu giác được giảm, cho thấy cá voi tinh trùng có giác quan mùi và vị giác kém. Ngược lại, hệ thống thính giác được mở rộng.
8.000 cm3