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。
鲸下目物种都需呼吸空气,因此它们会周期性地返回水面吸入新鲜的氧气及呼出二氧化碳。当深潜时,其独有的喷气孔会关闭直至其返回水面,其附近的肌肉会重新打开喷气孔,好让温暖的空气进入其体内。 经历漫长演化后其喷气孔的位置在其头部顶端,以简化鲸下目物种在波涛汹涌的大海中呼吸的需要。其经呼吸后的空气被肺部加热变暖,在喷发时遇到较冷的外围空气后迅即凝结,彷如水柱一样,常被称作鲸鱼喷水。这现象与一般哺乳动物于寒冷天气时呼出空气时形成白雾的原理一样。此一换气现象会因不同的鲸下目物种而令喷出的形状、角度及高度等不同,而这是可以作为在远距离时分辨不同鲸下目物种的有用工具。
鲸下目物种能留在水底的时间远较其他哺乳动物为长,按不同物种时间可维持在7分钟至30分钟以上。其中两项的研究显示此目物种其生理结构如何令它们能留在水中更长时间:
鲸下目物种的血液比例较其他哺乳类多.人的血液约占体重的7%,而鲸鱼血液约占体重的10-15%。
哺乳动物骨骼及肌肉中的肌红蛋白的浓度差异很大。像在新西兰的白兔每100克(3.5盎司)湿重的肌肉中只有0.08克(0.0028盎司) +/- 0.6克(0.021盎司)的肌红蛋白,但在北瓶鼻鲸中则有6.34克(0.224盎司)。肌红蛋白的带氧能力远较血红蛋白为强。骨骼肌肉内肌红蛋白的浓度愈高,其能够逗留在水底的时间便会愈长。
体型的增加也能够增加深潜的时间。较大的体形表示有更多的肌肉质量去储存氧气,这与克莱伯定律的发现相符。这定律表示动物的基础代谢率与体重成反比,即以单位质量计算,较大的物种所需的氧气较较小的个体所需的氧气为小。
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。
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。
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。
鲸下目是偶蹄目的一个次级演化支,属于河马形亚目。在现存物种之中,河马科是鲸豚类的姐妹群。
本下目与其它偶蹄目动物的亲缘关系如下:
鲸下目可分为两个小目:
须鲸在其上颌张有角蛋白生成的筛子似的鲸须。它们使用鲸须从海水中过滤浮游生物。须鲸包含了世界上最大的现存动物种类。
齿鲸拥有牙齿来捕获鱼或鱿鱼。这种动物有独特的通过回声定位感知环境的能力。
古鲸小目(Archaeoceti)实际上是个并系群,它包含了已经灭绝的古代鲸类的最后共同祖先,却没有包含其最后共同祖先的所有后代(即现代鲸豚类)。
†巴基鲸科 Pakicetidae
†步鲸科 Ambulocetidae
†原鲸科 Protocetidae
†雷明顿鲸科 Remingtonocetidae
†矛齿鲸科 Dorudontidae
†龙王鲸科 Basilosauridae