鯨豚類

须鲸和齿鲸

一般认为鲸下目的须鲸（须鲸小目、Mysticeti）及齿鲸（Odontoceti）在3400万年前就已经分化。
须鲸没有牙齿，但有角蛋白材质的鬃毛代替牙齿，可以过滤海水中的磷虾及其他小型无脊椎动物。灰鲸的食物是软体动物。须鲸科会用喉咙褶来扩张其口部，以便摄取食物及过滤海水。露脊鲸科（露脊鲸及弓头鲸）的头最多会占其体重的40%。大部分的须鲸较喜欢北半球及南半球温度较低，有许多食物的海水，会游到赤道附近产下后代。在此过程中可以几个月不吃东西，以其脂肪储备为能量来源。
鲸下目中的齿鲸包括有抹香鲸，喙鲸，虎鲸，海豚和瓶鼻海豚。一般而言其牙齿是用来捕捉鱼、鱿鱼或是其他海洋无脊椎动物，不是为了咀嚼用的，因此进食时是将猎物整个吞进体内。不同种的齿鲸有不同的牙齿，例如圆锥状（海豚及抹香鲸）、铲形（鼠海豚科）、钉形（白鲸）、牙形（一角鲸）或其他形状（雄性喙鲸）。雌喙鲸的牙齿藏在牙龈内，大部分雄喙鲸只有二颗短的牙。雄的一角鲸及15%雌的一角鲸都有残余的牙齿，有百万个细胞可以感测水温、压强及盐度。有些齿鲸（例如虎鲸）会捕食哺乳类，例如鳍足类及其他的鲸鱼。
齿鲸的感觉系统相当发达，其视觉及听觉可以在水中及空气中运作，而且可以用额隆（头顶前方的脂肪组织）进行声纳感知。齿鲸的听觉非常好，甚至有些失明的齿鲸可以只靠听觉存活。其中有些物种（例如抹香鲸）可以潜在很深的海域。不少齿鲸都有两性异形，雄齿鲸和雌齿鲸的外形不同，可能是为了求偶或是攻击性的目的。

循环

鲸下目的心脏相当有力，可以将血液中的氧气有效率的送到全身的各部位，鲸下目是温血动物，体温基本上恒定。

器官

鲸下目的胃分为三个腔，第一个是由松散腺体和发达肌肉组成的前胃（喙鲸没有此部位），之前是主胃和幽门，两部分都有腺体以帮助消化。肠和胃相邻，只能依组织来区分肠和胃的差异。肝脏很大，且与胆囊分开。
鲸下目的肾是长而扁平的。鲸下目血液的浓度远低于海水的浓度，因此需要肾脏来排泄盐分。因此鲸下目的动物可以直接喝海水。

感觉器官

鲸下目的眼是在头的两侧，不是在头的前方。只有有点状喙的物种（例如海豚）才有良好的双眼视觉，可以往前及往下观看。鲸下目的泪腺会分泌油脂性的泪液，可以保护眼睛，避免海水进入。水晶体几乎是球形的，可以在深海中光线最小时有效的聚焦。鲸下目的听觉非常好。
鲸下目中至少有一个物种（南美长吻海豚）可以用电知觉来感测猎物。

耳

鲸下目的外耳没有外部可见的耳廓，不过仍有狭长的耳道。为了记录声音，下颌骨的的后部有薄的侧壁，前侧有装有脂肪垫的凹处。脂肪垫往前可以延伸到扩大的下颌孔，一直到牙齿的下方，并且向后到外鼓膜的薄侧壁。外鼓膜可以减少鼓膜的附着面积。海豚科的听觉复合体和颅骨其余部分的连接处减少了，变成单个的小软骨。
齿鲸的听觉复合体是被充满空气的海绵组织所包围，不过须鲸的听觉复合体和陆上哺乳类类似，是和颅骨整合。齿鲸的鼓膜（或韧带）形状和折叠伞类似，从外鼓膜环延伸，在锤骨处变窄（和陆上哺乳类的扁平圆形膜不同）。须鲸的鼓膜形成一个大的突起（称为手套手指），延伸到外耳道，且镫骨比齿鲸要大。有些小抹香鲸的槌骨与外鼓膜融合。
耳部的听小骨硬化（密而紧实），外形和其他陆上哺乳动物不同（其他水生哺乳动物，例如海牛目及无耳海豹，也没有耳廓）。鲸下目的T形半规管和其体形的比例要比其他哺乳类动物要小很多。
鲸下目的auditory bulla和颅骨分开，是由二块密而紧实的骨骼（围耳骨及鼓骨）组成，称为tympanoperiotic complex。此骨联合位在中耳的空腔中。须鲸的空腔被骨突出物分开，压在外枕骨（exoccipital）及鳞状骨（squamosal）之间。不过齿鲸空腔的空腔很大完全包围鼓泡，因此鼓泡不连接颅骨（只有抹香鲸总科例外）。齿鲸的空腔中有填充致密的泡沫，鼓泡是由五条或五条以上的韧带支撑。浅水或河沿物种齿鲸，形成空腔的蝶骨窦及peribullar窦要比远洋带齿鲸要来的发达。齿鲸的复合听觉结构类似隔音器，像是蝙蝠蝙蝠颞骨中的层状结构一样。
鲸下目可以用许多不同的声音来彼此沟通。