De 78 levende soorten binnen de orde Cetacea (walvissen, dolfijnen en bruinvissen) kunnen verder worden onderverdeeld in twee onderordes: Odontoceti (tandwalvissen) en Mysticeti (baleinwalvissen). Er is ook een derde onderorde, Archaeoceti, maar alle leden hiervan zijn uitgestorven. De walvissen stammen af van landzoogdieren maar hebben zich geheel aan het leven in water aangepast; ze hebben geen enkele reden meer om aan land te komen, zelfs niet om uit te rusten of voor voortplanting.
Alle Cetacea hebben ongeveer hetzelfde lichaamsontwerp: een gestroomlijnde romp (sommige soorten meer dan andere soorten); platte roeispaan-achtige voorvinnen; ineengeschoven schedel; neusopenings bovenop (dus niet voorop) het hoofd; een goed ontwikkelde speklaag; interne voortplantingsorganen; nieuw ontwikkelde botloze structuren, namelijk de staartvin en een rugvin of -richel (niet aanwezig in sommige soorten); sterk gereduceerde of geheel afwezige achterpoten; en afwezige oorschelpen en vacht (hoewel alle soorten haar hebben tijdens een bepaalde periode in hun vroege ontwikkeling, en sommige soorten hun hele leven enkele snuitharen hebben).
Sommige Cetacea lijken qua uiterlijk op een vis, maar hun interne anatomie verraadt hun afstamming van zoogdieren die op land leefden. Hun vinnen bevatten reduceerde vormen van alle hand- en armbotten die karakteristiek zijn voor zoogdieren, en Cetacea hebben ook een rudimentair bekken en soms overblijfselsen van achterpoten. De interne anatomie van Cetacea lijkt verrassend veel op die van zoogdieren op land, maar met interessante uitzonderingen zoals de aanwezigheid van een maag met drie kamers en kraakbotversterkingen van de luchtwegen die doorlopen tot de luchtkamers van de longen.