Cá voi được coi là động vật có vú, trong khi cá chỉ đơn giản là cá, một lớp động vật khác và không phải động vật có vú. Cá voi được coi là động vật có vú vì chúng có máu nóng và thở không khí bằng phổi. Ngoài ra, chúng sinh ra để sống và nuôi con non bằng sữa.
Cá voi không phải là loài động vật biển có vú duy nhất còn tồn tại. Cá heo, hải mã, cá heo và các loài động vật biển có vú khác đều có những điểm chung để tách chúng khỏi các loài cá:
- Trong khi cá đẻ trứng để sinh sản, động vật có vú giao phối và sinh con sau khi mang thai.
- Cá không nuôi con bằng sữa, trong khi động vật có vú thì có.
- Cá có vảy, trong khi động vật có vú ở biển có da và lông, mặc dù lông có thể thưa thớt.
- Trong khi cá voi sống dưới nước, chúng vẫn thở oxy qua phổi. Cá voi có lỗ thổi phía trên đầu cho phép chúng trồi lên bề mặt để hít thở không khí. Cá voi có thể ở dưới mặt nước tới 120 phút, khiến chúng thích nghi nhất với đại dương so với các loài động vật có vú sống ở biển khác.
- Cá voi có đặc điểm sinh học gần giống với hà mã và thậm chí có bằng chứng về "chân sau" trong cấu trúc bộ xương của chúng, mặc dù chúng không thể nhìn thấy từ bên ngoài.
- Vây ngang của cá voi có chuyển động lên và xuống, trái ngược với chuyển động từ bên này sang bên kia của đuôi cá.
