多くは海に生息するが、カワイルカ類のように淡水である川に生息する種類や、淡水と汽水域を行き来する種類もいる。
両顎に歯があり、人間と同じような眼球が両側面についている。
頭頂部に呼吸のための独立した噴気孔をもち、そこから肺呼吸する。呼吸の周期はおよそ40秒である。イルカは一度も泳ぐのをやめず息継ぎもきちんとしながら常に泳ぎ続けている事から、かつてはイルカは全く眠らないのではないかと言われていた。しかし、イルカは右の脳と左の脳を交互に眠らせる事ができる特殊な能力があることが分かってきており、眠らないという説は現在ではあまり有力ではない。目をつむってから息をするまでの約一分間×300回〜400回が一日の睡眠時間であり、一定方向に回転しながら眠ることが知られている。この回転方向は北半球のイルカは反時計回り、南半球のイルカは時計回りに回ると報告されている。ちなみに、右の脳が眠っている時は反対の左目を、逆に左の脳が眠っているときは右目をつむりながら泳ぐ。
体形は紡錘状で、背に鎌形あるいは三角形の背びれを有する種類が多いが、背びれがほとんどない種類もいる。
前足に相当する部分に胸びれがあり、後ろ足は退化してわずかに骨のカケラとして体内に残る。
尾側の最後部に尾びれを有し、尾びれを上下に動かして泳ぐ。
