La perfection de la forme hydrodynamique des Cétacés est due à l’effacement des aspérités observées d’habitude sur le corps des Mammifères (pavillons auditifs, organes génitaux mâles, mamelles), ainsi qu’à des modifications du squelette de la tête: le massif facial se termine en avant par un museau, parfois très effilé, avec des narines s’ouvrant en position dorsale, par un ou deux évents, alors que la boîte crânienne est rejetée vers l’arrière.

La silhouette du dauphin est fuselée. Son corps est lisse et luisant et sa peau à l'aspect caoutchouteux est dépourvue de poils.

Bien qu'il semble afficher un éternel sourire, la face du dauphin est plutôt inexpressive. Le dauphin ne possède pas d'oreilles externes. On peut observer deux petits trous de part et d'autre de la tête, mais ceux ci ne semblent pas faire partie du système auditif.
Chez la plupart des espèces, les mâchoires sont étroites et allongées, elles forment ce qui pourrait ressembler à un bec. Au dessus de la mâchoire supérieure se trouve le melon . C'est une importante masse de graisse qui contient une matière huileuse assez voisine de la cire.
La plupart des espèces de dauphins possèdent une dentition importante, souvent plus de 200 dents. Une des exceptions la plus remarquable est le Dauphin de Risso (Grampus Griseus). Ce dauphin ne possède pas de dent sur la mâchoire supérieure et seulement 14 sur la mâchoire inférieure.
Sur le sommet de la tête, derrière le melon se trouve l'évent. Cette valve sous laquelle débouche les deux narines permet au dauphin de respirer. Chez toutes les espèces il est naturellement fermé, l'ouverture de l'évent est commandée par un muscle puissant. La trachée et l'œsophage sont complètement indépendants cela permet au dauphin de se nourrir sous l'eau sans se noyer.

La plupart des dauphins possèdent une nageoire dorsale dont la taille et la forme varient d'une espèce à l'autre. La nageoire dorsale ne possède pas de support osseux.

Deux nageoires forment la queue du dauphin. Celles ci sont plates et horizontales. Dépourvues d'os elles sont constituées de tendons et de tissus fibreux. La queue fonctionne telle une puissante pagaie qui agitée de haut en bas par des muscles puissants, propulse le dauphin rapidement. Ces muscles puissants qui sont attachés très loin sur le dos du dauphin, nécessitent une fixation solide au squelette et notamment aux vertèbres. A cet effet les vertèbres du dauphin sont dotées de longues épines.

Le système circulatoire du dauphin possède quelques particularités. L'un des traits les plus extraordinaire, c'est la présence de plusieurs filets de vaisseaux (retia mirabilia). Ces filets de minuscules vaisseaux protègent les organes vitaux de la pression de l'eau et capturent probablement les bulles d'azote qui se forment lorsque le dauphin plonge en eaux profondes.
Autre particularité notable, le système circulatoire participe à la régulation de la température du corps. Dans la nageoire dorsale et dans la queue, le sang chaud arrivant aux extrémités passe par des artères qui sont enveloppées par les veines qui assurent le retour. Ce système minimise la perte de chaleur. De même il permet au dauphin de perdre la chaleur excessive provoquée par des efforts physiques intensifs. L'augmentation du flux de sang dans les artères provoque leur dilatation et la contraction des veines qui les entourent. Le sang est alors obligé de retourner par d'autres veines qui se trouvent à la surface de la peau, ce qui permet à l'éxcès de chaleur de se diffuser vers l'exterieur.

Comme tous les mammifères le dauphin tire son oxygène de l'air. Pour le dauphin la respiration est un acte volontaire, alors que c'est un réflexe chez l'homme.

Comme les baleines, les dauphins peuvent produire des sons complexes, soit pour communiquer soit pour naviguer sous l'eau.

Le dauphin produit des sons qui vont de 1.5Mhz à 11 Mhz. Il peut en entendre jusqu'à 150 Mhz.

Les types de sons produits par le dauphin vont du cliquettement aux soupirs en passant par les sifflements, les chuintements et les trilles. Les sons sont émis par un mécanisme spécial situé dans le passage nasal, juste sous l'évent. On pense que le melon sert de lentille acoustique et qu'il focalise les sons.

L'émission de sons par le dauphin lui sert aussi à naviguer. On parle alors d'écho-location. Le système d'écho-location du dauphin est très élaboré et lui permet de collecter des renseignements très précis sur tout ce qui l'entoure. Les basses fréquences localisent les objets éloignés (récifs, bancs de poissons), les hautes fréquences détectent la présence d'objets situés à courte distance.

Évoluant en milieu aquatique, les cétacés doivent plus se fier à leur ouïe qu'à tout autre sens. Leur odorat est considérablement diminué. Les cétacés à dents (odontocètes) ne possèdent ni bulbe ni nerfs olfactifs, tandis que ceux-ci sont très réduits chez les cétacés à fanons (mysticètes). Kuznetzov (1990) parle de "quasi-odorat" chez les dauphins.

Des études anatomiques ont révélé que les cétacés possèdent des papilles gustatives à la base de la langue. Les dauphins communs (Delphinus delphis), les grands dauphins (Tursiops truncatus) et les marsouins communs (Phocoena phocoena) ont démontré en captivité des capacités à détecter différentes substances chimiques, et même de petites différences de concentrations d'acide citrique (Nachtigal, 1986).

La chemoréception (perception des substances chimiques) chez les cétacés demeure encore méconnue, mais pourrait intervenir notamment dans la reproduction (détection des phéromones, substances chimiques émises par les animaux).

Bien que les appendices, tels les membres, aient subi une réduction au profit de l'hydrodynamisme, ceux qui persistent semble jouer un grand rôle en tant qu'organe tactile notamment dans les relations sociales.

Chez certaines espèces, de petits poils sur le rostre et/ou le menton aideraient à collecter des informations sur leur environnement proche (par exemple, à proximité immédiate de la surface, renseigner l'animal sur sa position par rapport à celle-ci).
Cela peut expliquer pourquoi les dauphins fluviatiles (vivant dans des cours d'eau) évoluant dans des milieux turbulents et obscures portent des moustaches sur leur long rostre sensitif.

Bien que peu de lumière filtre sous les eaux superficielles, on s'attend à ce que la vision ne soit pas un sens très développé, mais il ne doit être sous-estimé.

Le fait que de nombreux dauphins arborent une pigmentation avec des marques distinctives n'est pas seulement à considérer comme du camouflage vis à vis de proies ou de prédateurs, mais aussi comme indice pour la reconnaissance des individus d'une même espèce entre eux, tout comme la taille de la nageoire dorsale ou de la tête permet aux individus de déterminer le sexe de leurs congénères.

A la base le squelette du dauphin est un squelette de mammifère qui a subit des évolutions bien précises.

Les membres antérieurs se sont transformés en nageoires, quand aux os des membres postérieurs, ils ont disparus.

La plupart des côtes du dauphin sont flottantes et ne sont pas rattachées au sternum. Les côtes qui y sont attachées sont jointes, lors des plongées en eaux profondes, cela permet à la cage thoracique de se comprimer sans être endommagée par la pression.

La boite crânienne est inclinée vers le haut et s'aligne avec la colonne vertébrale. Les vertèbres cervicales sont jointes chez presque toutes les espèces, sauf chez le Grand Dauphin (Tursiops Truncatus) qui lui peut plier le cou.

L’encéphale a un poids relatif considérable, 0,66 % du poids du corps (éléphant 0,12 %, homme 1,93%) , il est en outre remarquablement plissé, autant sinon plus que chez l’homme.
Les centres auditifs sont en revanche très développés, en relation avec un appareil sensoriel