En el Mediterràneo hay nueve especies de cetáceos que tienen poblaciones estables. Entre ellas hay una de misticetos o cetáceos con barbas y 8 de odontocetos, o cetáceos con dientes. La más abundante es el delfín listado (Stenella coeruleoalba) y la más desconocida el zifio de Cuvier (Ziphius cavirostris):

CACHALOTE (Physeter macrocephalus) Es un cetáceo que pertenece al suborden de los odontocetos, del que es la especie con un tamaño mayor. Es el único representante de la familia Physeteridae.
CALDERÓN GRIS (Grampus griseus) Es un cetáceo de la familia Delphinidae que pertenece al suborden de los odontocetos. Recibe este nombre, por la morfología globosa que presenta su frente.
CALDERÓN NEGRO DE ALETA LARGA (Globicephala melas) Es un cetáceo de la familia Delphinidae dentro del suborden de los odontocetos. Recibe este nombre por la morfología globosa de la parte frontal de su cabeza.
DELFÍN COMÚN DE HOCICO CORTO (Delphinus delphis) Es un cetáceo que pertenece a la familia Delphinidae dentro del suborden de los odontocetos. Es un delfín de tamaño pequeño con una coloración muy característica.
DELFÍN LISTADO (Stenella coeruleoalba) Es un cetáceo que pertenece a la familia Delphinidae dentro del suborden de los odontocetos. Es un delfín de tamaño pequeño y, con diferencia, el más abundante en el Mediterráneo.
DELFÍN MULAR (Tursiops truncatus) Es un cetáceo que pertenece a la familia Delphinidae dentro del suborden de los odontocetos. Es un delfín de tamaño medio y seguramente uno de los más conocidos por todos.
ORCA (Orcinus orca) Es el cetáceo más grande de la família Delphinidae dentro del suborden de los odontocetos. Su coloración característica y su presencia en cautividad han hecho que sea uno de los delfines más conocidos.
RORCUAL COMÚN (Balaenoptera physalus) Es un cetáceo que pertenece a la familia Balaenopteridae dentro del suborden de los misticetos. Es el segundo animal más grande del planeta y la única ballena que vive de forma estable en el Mediterráneo.
ZIFIO DE CUVIER (Ziphius cavirostris) Es un cetáceo que pertenece a la familia Ziphiidae dentro del suborden de los odontocetos. Es seguramente el cetáceo más desconocido del Mediterráneo, devido a su naturaleza esquiva.

• Cuerpo totalmente hidrodinámico: La mayoría de cetáceos tienen dos o más vértebras cervicales fusionadas. De este hecho resulta un cuello corto y rígido, no diferenciado, que contribuye al hidrodinamismo del cuerpo y a estabilizar la cabeza. Además, el cráneo ha adquirido una forma telescópica que ayuda a vencer la resistencia del agua cuando nadan.
• Extremidades anteriores convertidas en aletas: Han sido modificadas extraordinariamente respeto a las de los mamíferos terrestres y en las diferentes especies de cetáceos varían en lo que se refiere a forma y tamaño. Están formadas por huesos homólogos a los de las extremidades anteriores del resto de mamíferos, pero con un número superior de falanges. Todos ellos están recubiertos por la misma superficie dérmica y no tienen vestigios de uñas o garras. Los huesos largos (húmero, cúbito y radio), han sufrido un proceso de reducción, y en algunas especies los huesos carpianos se han fusionado. Están convertidas en aletas pectorales.
• Ausencia de extremidades posteriores: Todos ellos las han perdido y sólo quedan un par de huesos pelvianos vestigiales. No están unidos a la columna vertebral, sino que quedan rodeados por la musculatura visceral.
• Aleta caudal propulsora: Se trata de una estructura derivada, de nueva formación y sin relación con ningún esqueleto que la sustente. Es de fibra muscular y varía en grosor. Es el órgano encargado de la propulsión y está formado por dos aletas horizontales ubicadas al final de un pedúnculo caudal.
• Aleta dorsal: Muchos han desarrollado una aleta dorsal con ausencia de una estructura ósea que la sustente (algunas especies la han perdido posteriormente). Está situada justo en el medio del centro de la espalda o en posiciones más atrasadas y su forma y tamaño pueden ir desde pequeñas protuberancias, como en el caso de a ballena azul (Balaenoptera musculus), hasta aletas muy largas y erectas, como en los machos adultos de la orca (Orcinus orca). Está sostenida por resistentes fibras musculares que le permiten actuar como estabilizador durante la natación y ayudar en la maniobrabilidad y la termorregulación del individuo. Su forma, tamaño y disposición es una buena herramienta para la distinción de las diferentes especies.
• Órganos sexuales y reproductores internos: Las glándulas mamarias y los genitales están escondidos dentro del cuerpo, en hendiduras, con la finalidad de disminuir la fricción con el agua y permitir un desplazamiento más rápido. También es un mecanismo para evitar pérdidas innecesarias de calor corporal, que si que es producirían si fuesen externos.
• Piel muy lisa y sin pelo: Tienen una piel muy suave que sumado a la pérdida total de pelo corporal las ayuda a reducir fricción con el agua durante el desplazamiento. Prácticamente todas las especies presentan pelo durante alguna fase inicial de su desarrollo, perdiéndolo posteriormente, y otros aún conservan algunos pelos vestigiales en la zona cefálica, más o menos en las mismas regiones donde los humanos tenemos pelo facial. Como que en la mayoría de especies de mamíferos, el pelo actúa como aislante térmico, los cetáceos han tenido que desarrollar estructuras alternativas para mantener la temperatura corporal dentro del agua, y lo pueden hacer gracias a una gruesa capa de grasa subcutánea.

Hay dos grandes grupos de cetáceos, los misticetos y los odontocetos, que se diferencian por las características siguientes: