Cá heo là động vật có vú vì chúng có tất cả các đặc điểm chính của động vật có vú; chúng thở bằng phổi, máu nóng, sản xuất sữa cho con cái và có lông. Ngoài ra còn có bằng chứng tiến hóa kết nối cá heo và cá voi với các loài động vật có vú khác.
Mặc dù cá heo và cá voi không có lông hoặc lông dễ nhìn thấy, nhưng chúng có lông trước khi được sinh ra. Ngoài ra, một số người trưởng thành có râu hoặc tóc trên đỉnh đầu.
Một dấu hiệu khác cho thấy cá heo là động vật có vú là chúng có lỗ thổi thay vì mang. Với mang, cá có thể thở dưới nước, nhưng với lỗ thổi, cá heo phải trở lên mặt nước để hít thở không khí.
Cá heo cũng không giống cá ở chỗ chúng có thể tự điều chỉnh nhiệt độ cơ thể. Điều này là do chúng máu nóng, trong khi cá máu lạnh và thay đổi nhiệt độ theo nước xung quanh chúng.
Cá heo cũng có các phần phụ giống như chi nhỏ gắn vào phía sau bộ xương của chúng, chúng ẩn bên trong cơ thể gần đuôi. Những "chi" này gợi ý rằng cá heo là hậu duệ của động vật có vú đã đi bộ xuống biển và cuối cùng tiến hóa để trở thành cá heo. Trên thực tế, họ hàng gần nhất của cá heo, ngoài cá voi, là hà mã.
