Loài cá voi được người ta gọi là “động vật to lớn” trên Trái Đất, thực ra nó cũng bao gồm cả các loài cá heo tương đối nhỏ.

Theo quy luật tiến hoá sinh vật nói chung, động vật tiến hoá từ sinh sống dưới nước lên sinh sống trên cạn, từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ, còn cá voi lại tiến hoá theo hướng ngược lại.

Căn cứ vào sự nghiên cứu về sinh vật hoá học và di truyền học, các nhà khoa học cho rằng, tổ tiên của loài cá voi là loài động vật có vú có móng sống ở trên cạn. Thông qua sự ghi chép hoá thạch cho thấy, loài động vật có vú này sinh sống cách đây hơn 70 triệu năm trước, có 5 móng chân dạng vuốt, hình dạng giống chó sói, là loài thú cỡ trung bình.

Loài thú cỡ trung bình là một họ của loài động vật có vú có móng sinh sống trên cạn thời nguyên thuỷ, từng phân bố ở Châu Bắc Mĩ, Châu Âu và Châu á. Thân hình của chúng, nhỏ thì như chó, lớn thì lại giống gấu. Động vật có vú có hình dạng chó sói sống ở xung quanh vùng ven biển, có răng đơn giản, vừa có thể săn bắt động vật ăn thịt tương đối lớn trên đất liền, vừa có thể bắt cá ở chỗ nước nông để ăn. Sau đó, chúng vươn tới phía đông, từ Địa Trung Hải ngày nay cho đến ấn Độ, sống cuộc sống lưỡng cư dưới nước và trên đất liền, thói quen rất giống rái cá hoặc báo biển, dùng tứ chi di chuyển xung quanh biển. Cuộc sống như vậy đã duy trì trong một thời gian rất dài, loài động vật có vú có hình dạng chó sói dần dần đã tiến hoá trở thành loài cá voi ban đầu.

Trong loài cá voi mà chúng ta biết hiện nay, loài cá voi xám được coi là giống loài nguyên thuỷ nhất trong loài cá voi hiện nay, diện mạo bên ngoài vụng về, thân dài khoảng giữa 10 ~ 15 m, trọng lượng có thể đạt trên 30 tấn, có thể có một ít quan hệ tương đối gần gũi với động vật sống trên cạn. Nếu như nói tổ tiên của cá voi xám thật sự là loài có vú có hình dạng chó sói, thì đó chính là “tổ tông nhỏ” tiến hoá thành “thế hệ đời sau lớn”.