Il loro aspetto ricorda quello dei pesci: forma affusolata, mancanza di un collo ed un torace che si assottiglia fino all’estremità posteriore che termina con una poderosa coda disposta, però, orizzontalmente. La linea, variamente idrodinamica, è più accentuata in quelli che nuotano a maggiori velocità come i delfini e le balenottere, mentre è più tozza nelle balene che hanno movimenti più lenti. La pelle è sottile e solo apparentemente liscia, perché percorsa in realtà da microsolchi, che dirigono il flusso dell’acqua facilitando il nuoto molto veloce. Caratteristica di questi mammiferi, ovviamente collegata all’ambiente in cui vivono, è la quasi totale assenza di peli. Alcune strutture con funzione tattile, atte ad avvertire la presenza di plancton, si ritrovano sulla porzione anteriore del capo delle balene e delle balenottere. Pochi peli sono generalmente presenti negli embrioni e nei giovani dei delfini e negli adulti dei platanisti, specie di acqua dolce. Il derma è ricco di recettori tattili particolarmente concentrati nelle zone maggiormente sensibili quali il capo, le pinne e in prossimità degli organi genitali. Il sottostante strato adiposo, spesso molto abbondante, limita la dispersione del calore, modella il corpo e bilancia il peso dell’animale, consentendogli il galleggiamento. Lo strato di grasso, ricco di cellule adipose, varia nelle singole specie ed è diversamente distribuito nelle differenti parti del corpo secondo anche un andamento stagionale. Nella focena è spesso 2 cm, raggiunge i 12 cm nella balenottera azzurra e nelle balene più tozze può arrivare anche a 70 cm. Il pannicolo adiposo porta i Cetacei ad avere una densità media abbastanza vicina a quella dell’acqua del mare. Le specie che hanno densità leggermente superiore sono costrette a nuotare per galleggiare e, quindi, affondano quando muoiono. Altre, come il capodoglio e la balena franca, che hanno densità inferiore, sono invece in grado di rimanere a galla anche immobili. Il capo, frequentemente molto sviluppato, termina con un rostro sempre presente a livello scheletrico ma evidenziabile esternamente soltanto nei delfini sotto la forma di un becco. La bocca, molto ampia e nel caso delle balene enorme, non è delimitata da labbra funzionalmente equivalenti a quelle degli altri mammiferi. I Cetacei non sono provvisti di narici. Le due cavità nasali, evidenziabili come orifizi detti sfiatatoi, sono provvisti di uno sfintere che consente la chiusura quando l’animale è sott’acqua e la riapertura quando riemerge. Nei Misticeti gli sfiatatoi sono pari e si trovano nella sommità del capo in posizione centrale; negli Odontoceti è invece presente un unico sfiatatoio che assume una posizione laterale solo nel capodoglio. Rispetto ai pesci i Cetacei hanno un numero ridotto di pinne, ricche di fibre muscolari abbondantemente irrorate da vasi sanguigni. Quelle pettorali derivano da una trasformazione degli arti anteriori, evidenziabili scheletricamente, sono di dimensioni molto ridotte rispetto alla mole del corpo ed hanno una funzione tipicamente direzionale. La pinna dorsale, la cui forma e posizione sono variabili, è presente nelle forme più veloci ed è un elemento distintivo, utile per il loro riconoscimento. Mancano di pinna dorsale quasi tutte le balene e alcuni odontoceti quali il narvalo e il lissodelfino. Il vero organo propulsore è la pinna caudale che è divisa in due lobi simmetrici, congiunti da una linea centrale. Grazie ad essa i Cetacei sono in grado di immergersi anche a grandi profondità, possono compiere spettacolari tuffi e nuotare velocemente in senso verticale.
