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鲸鱼用肺呼吸，每隔4个小时就会游到海面上呼吸，是温血动物，体温大约为37c，心跳每分钟只有10次、。其幼崽由哺乳喂养，还有少许毛发。一些种类可以潜到极深的深度，它们往往拥有厚重的脂肪层，或叫作鲸脂，能在冰冷的水中保持温暖。
鲸的体形是梭状的。它的前肢形成鳍，后肢完全退化，尾巴变成尾鳍，可以上下摆动，是游泳的主要器官。有些种类还有背鳍，用来平衡身体。肋骨有10～20对，胃分四个室，肾脏多为瘤状。
特别值得瞩目的是蓝鲸。它是世界上现存的最大动物，体长可达30米，重达180吨。
鲸鱼寿命一般为 40-90年，因物种而异。
鲸类拥有敏锐的声呐系统，能利用回声定位功能，发出声波信号觅食和通讯，人类发明的声呐就是通过鲸和海豚的声呐原理发明的。鲸类依靠敏锐的听觉在水下生存，但须鲸和齿鲸在听觉能力上却展现出巨大的差别。须鲸能接收到频率低到人类难以察觉的次声波，这使得它们可以远距离沟通，而齿鲸的情况正好相反，它依赖超声波，这种声波的频率太高以至于人类无法听到。发表在 2017年 6月《当代生物学》杂志的报告称，研究人员从灭绝的早期鲸类化石中找到了证据，证明鲸类听觉能力上的差异是进化为完全水生动物后才出现的；水陆两栖的史前鲸类的听觉系统，与它们的陆地近亲更为相似，甚至是猪、河马、骆驼等动物。
鲸对声呐的使用频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径 0.2 mm的金属丝和直径 1 mm的尼龙绳，能区别开只相差 200 ps的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响。海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，同类之间正是通过声呐系统“交谈”，它们的声呐系统分工明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。
