海豚具有齒鯨類典型的形態學性狀:紡錘形的身體;單個新月形的呼吸孔;頭骨套疊,上頜骨向后擴展與額骨重疊;顱頂偏左的不對稱;圓錐形或釘狀的齒等。各種間最明顯的變異與喙、上下頜、牙齒等攝食器官有關。喙的長短和大小,牙齒的多少和大小,反映了不同物種所占有的生態位的范圍。海豚十分聰明伶俐,因為它有一個發達的大腦,而且溝回很多,溝回越多,智力便越發達。一頭成年海豚的腦均重為1.6公斤,人的腦均重約為1.5公斤,而猩猩的腦均重尚不足0.25公斤。從絕對重量看,海豚為第一位,但從腦重與體重之比看,人腦占體重的2.1%,海豚1.17%,猩猩只占0.7%。
此外,科學家們經過深入研究,發現海豚的睡眠和陸地哺乳動物存在顯著的差異。陸地動物包括我們人類的睡眠一般是由兩個不同的相:慢相和快相。當這類動物或人入睡時,首先進入慢相,然后逐漸加深,經過一段慢相后轉入快相,從而完成一個循環。不同的動物,快睡相的時間也不同,如人的快睡相時間為半小時。而海豚大腦兩半球則是交替睡眠的,當右側大腦半球處于抑制狀態時,左側大腦半球則處在興奮狀態,一段時間后,右側進入興奮狀態,而左側又處于抑制狀態。因此,海豚即使在睡眠也始終能保持足夠的活動能力和必要的姿態。海豚不僅能救人于危難之際,而且是個天才的表演家,它能表演許多精彩的節目,如鉆鐵環,玩籃球,與人“握手”和“唱歌”等等,更重要的是,海豚都有自己的“信號”口叫聲,這“信號”能讓同伴知道它是誰和它所在的位置,便于彼此相互聯絡。