Los cetáceos son mamíferos perfectamente adaptados a la vida acuática. Presentan morfología claramente pisciforme, sin cuello visible y con vértebras cervicales cortas y a menudo soldadas. La fuerza locomotora está confiada a la aleta caudal, extendida en el plano horizontal, fibrosa y sin esqueleto. Faltan totalmente los miembros posteriores y la cintura pelviana y los miembros anteriores tienen el brazo y antebrazo de longitud notablemente reducida; los dedos presentan hiperfalangia y externamente se han transformado en aletas natatorias. No tienen pelo y presentan una capa de grasa aislante debajo de la piel.
La vida marina ha modificado también la anatomía interna de estos animales, en especial por lo que respecta al cráneo. Éste difiere del resto de los mamíferos por cambios en las relaciones topográficas de sus elemento y en las proporciones de éstos. El cráneo resultante en los cetáceos actuales es alto, ancho y corto; los huesos de la parte anterior han retrocedido deslizándose hacia atrás, introduciéndose entre los elementos de posición originariamente posterior; a su vez los huesos posteriores avanzan; además hay un alargamiento antero-posterior de los huesos de la región facial, ya que los orificios nasales se han trasladado a la parte superior del cráneo para facilitar la respiración dentro del agua. Estas modificaciones aparecen claramente en los cetáceos modernos (ballenas y delfines), pero no en los cetáceos fósiles más antiguos (Arqueocetos) que tienen el cráneo normal, así como los embriones de los cetáceos actuales que lo tienen muy parecido al de los mamíferos terrestres. Este proceso se designa con el nombre de telescopage ya que los huesos encajan unos dentro de otros. También la dentición se transforma en dos sentidos: se adopta una homodontia, con un gran número de dientes muy parecidos o bien no hay dientes sino unas formaciones de orígen ectodérmico, llamadas barbas.
Por lo que respecta al resto de las características, y aparte de la uniformidad más o menos marcada de la morfología interna, difieren tanto en peso como en tamaño, medidas y proporciones del cuerpo, desdo los dos mentros de longitud de algunos delfines hasta los trienta metros y más de cien toneladas de peso de algunas ballenas. La distribución geográfica es muy amplia y se encuentran cetáceos en todos los mares.
Debemos destacar el mayor desarrollo de los cetáceos en tiempos pasados; hoy constituyen un grupo relativamente pequeño, en regresión, en el cual predominan los odontocetos, siendo los misticetos mucho más raros.
Los cetáceos comprenden tres subórdenes, cada uno de los cuales tiene numerosas familias y géneros.
SO. Archaeoceti: enteramente fósiles. Caja craneana estrecha, alargada y baja, cráneo poco especializado conservando los huesos su posición y relación normal; morro alargado, orificios nasales bastante desplazados hacia atrás y dentición heterodonta, con un número normal de dientes. Se localizan en el Eoceno-Mioceno; en el curso de este período se produce una marcada evolución y modificación de diversas estructuras (dentición); este grupo puede considerarse intermedio entre los mamíferos terrestres y los odontocetos (delfines) modernos, pero de ningún modo antecesores directos de estos últimos.
SO. Odontoceti: rostro más o menos asimétrico; caja craneana telescopada por el desplazamiento hacia atrás de los huesos anteriores, con cambios en la relación entre los diferentes huesos; los orificios nasales están ya en la parte superior del cráneo. Las ramas mandibulares están muy comprimidas y unidas por una larga sínfisis ósea. Pentadáctilos. Dientes presentes en estado adulto y en general numerosas. Un sólo orificio nasal externo. Delfines, cachalote, etc.
SO. Mysticeti: caja craneana telescopada sobre todo por la parte posterior; los diversos elementos conservan las relaciones normales, perdidas en los odeontocetos; rostro simétrico; dientes presentes en gran número en el embrión y ausentes en el adulto, el cual tiene barbas córneas en el maxilar superior. Dos orificios nasales externos. Sínfisis mandibular ligamentosa. Ballenas.
Por lo que respecta al orígen y evolución de estos grupos, no hay más que hipótesis de varios autores, y la falta de datos seguros es muy considerable. En primer lugar los restos de cetáceos fósiles (esqueleto, en especial cráneo) encontrados hasta la fecha son insuficientes y en general mal conservados; en segundo lugar los primeros restos de cada suborden muestran una tal diferenciación que no se ve una relación clara ni entre ellos ni entre los más antiguos y los mamiferos terrestres.
Ateniéndose al origen los antepasados exactos se desconocen; de hcho, los primeros arqueocetos están ya muy diferenciados y es difícil señalar el tronco original de donde salieron estos extraordinarios animales. Se gha de prescindir de los caracteres resultantes de la especialización, atniéndose sólo a los que son fundamentales; por tanto los cetáceos sólo podrían derivar de carnívoros y ungulados, y con reservas porque al parecer los aspectos estudiados no tienen valor filogenético. De todas formas, con los datos recogidos, algunos autores han buscado el origen de los cetáceos en algún antepasado Euterio muy lejano, y probablemente anterior a la diferenciación de los mamíferos en carnívoros, ungulados e insectívoros, de los cuales también sería el origen. Este supuesto Euterio sería un creodonte-insectivoro de cuerpo alargado, cola compirmida y miembros posteriores reducidos, que hasta ahora no ha sido encontrado en ningún yacimiento fósil.
Referente a la evolución del grupo, los Archaeoceti debieron aparecer antes del Eoceno medio de Egipto, que es donde se encuentran los restos más antiguos conocidos. Varían muy poco a lo largo del tiempo que pueblan los mares del planeta. Sólo la dentición se modifica, pasan de una heterodontia muy marcada a una reducción del número de raíces molar4es, compresión transversal de los dientes y paso a una sola cúspide.
Los Mysticeti y Odontoceti no derivarían directamente de los Archaeoceti, a pesar de que estos últimos son bastante primitivos. El problema principal es explicar cómo el cráneo normal de un mamífero terrestre puede pasar a una cosa tan diferenciada como es el cráneo de los cetáceos, y para explicarlo faltan datos. los Mysticeti más primitivos podrían derivar con seguridad de un cetáceo don dientes, pero ningún Odontoceti puede ser su antecesor. Podríamos aceptar tres líneas bien caracterizadas para una adpatación al mismo tipo de vida, pero claramente muy separadas desde antiguo, no habiendo ninguna forma fósil conocida que pueda ser ascendiente directo de ninguna de tales líneas, pero es admisible la hipótesis de un posible antepasado insectivoro-crodonte como origen común de los tres grupos, el cual habría dado primero formas del tipo de los Protocetidae, que más tarde habrían pasado a diferenciarse en los tres subórdenes: arqueocetos (todos fósiles), misticetos (a partir de los Cetotheridae) y odontocetos (los primeros fueron los Squalodontidae).
