Cá voi được xếp vào lớp thú vì mang đầy đủ các đặc điểm của các động vật thuộc lớp thú:
- Tim 4 ngăn, 2 vòng tuần hoàn.
- Hô hấp bằng phổi
- Động vật hằng nhiệt
- Đẻ con và nuôi và nuôi con bằng sữa
- Có lông mao
Khác hoàn toàn với lớp cá: tim 2 ngăn, 1 vòng tuần hoàn, hô hấp bằng phổi, đẻ trứng, thụ tinh ngoài,...