Walvissen hebben alle zintuigen zoals de landzoogdieren, behalve de reukzin die zeer gereduceerd of zelfs afwezig is. De smaakzin is een middel om de mariene omgeving af te speuren naar de chemische stoffen in het omringende water. In de tong van sommige cetacea soorten zijn smaakpapillen aanwezig die tijdens het eten worden benut. Deze kunnen ook worden gebruikt om de reproductieve of emotionele staat van andere individuelen te �proeven�. De smaakzin kan ook informatie geven over verre gebieden door de chemische stoffen in het water van zeestromingen. De huid van de Cetacea is gevoelig, vooral rond het blaasgat; gevangen dolfijnen weigeren hier aangeraaakt te worden. Haren of snorharen op de top van het hoofd of op de kin zijn tastorganen, die helpen om de overgang tussen water en lucht te voelen. De tastzin blijkt de rangorde te handhaven binnen sociale groepen. Strelen en elkaar aanraken zijn bij de meeste soorten rituelen van de verkering. Moeders en kalveren laten hun band zien door elkaar aan te raken. Dolfijnen zien zowel goed in het water als in de lucht. Grote tuimelaars zijn tijdens het eten in staat vliegende vissen op te sporen, ze kunnen dus blijkbaar goed de overgangszone tussen lucht en water zien. Kleine odontocetes met korte en puntige snuiten kunnen zowel goed vooruit als naar onderen kijken. Er is echter minder geweten over het gezichtsvermogen van grotere walvissen. In dergelijke soorten met stompe koppen bevinden de ogen zich bij het breedste deel van het hoofd en nog achter het topje van de bek, wat nadelige invloed heeft op het dieptezicht. Ze zijn niet in staat om direkt v��r hun bek te kijken, en ze hebben voornamelijk ��n-ogig zicht, elk oog ziet een verschillend deel van het gezichtsveld. De �Black Right� walvis bezit echter wel een gebied voor en onder de bek waar sterioscopisch zicht wel aanwezig is. Cetacea hebben een assymetrische oogbol en gebruiken verschillende gebieden van het netvlies om zowel in de lucht als in het water te kunnen zien. Deze gebieden hebben verschillende afstanden van de lens tot het netvlies. Dit visueel mechanisme verklaart zich door het principe dat licht meer gebroken wordt in de lucht dan in het water. Gezichtsvermogen in het water is handiger voor soorten die in klare tropische wateren wonen dan de soorten die in troebel water leven. Het gezichtsvermogen van Indus en Ganges Rivier dolfijnen (Platanista) is dusdanig gereduceerd dat ze enkel de lichtrichting en de intensiteit van het licht kunnen waarnemen. Geluid plant zich onderwater 4,5 keer zo snel voort dan in de lucht en de oorstructuur van de Cetacea verschilt van de landzoogdieren. Het middenste en inwendige oor (tympanic bulla) is acoustisch ge�soleerd van de schedel door met schuim gevulde luchtruimtes, hetgeen toelaat om de richting van het onderwater-geluid waar te nemen. Hoe Cetacea geluid horen is niet helemaal bekend. Bij odontocetes is het onderste kaaksbeen gevuld met een olieachtig weefsel en er wordt gesuggereerd dat het geluid, vooral hoge frequenties, door dit geluidsgeleidend medium in het onderste kaaksbeen naar de �tympanic bulla� waar het geluid wordt opgevangen. Lagere frequenties zouden het gehoororgaan langs een andere route bereiken, langs het buitenste oorkanaal. De meeste cetacean soorten hebben een stem onder water en sommige hebben een ingewikkelde reeks aan geluiden. Baardwalvissen produceren laagfrekwente geluiden, zelden boven 5kHz. Melodieuze patronen zijn geregistreerd afkomstig van �Bowhead� walvissen en bultruggen. Verschillende bultrugpopulaties zingen verschillende liedjes, en deze melodies veranderen ook met de tijd. Bij de Mysticetes ontbreken de anatomische structuren in het blaasgat en het onderste kaaksbeen, die bij de odontocetes aanwezig zijn om de ultrasone klikgeluiden te produceren en te ontvangen (sonar). De �Dwergvinvis� Balaenoptera acutorostrata en de grijze walvis maken �klikgeluiden� maar hoe deze geproduceerd worden is nog niet bekend. Odontocetes produceren een grote varieteit aan communicatieroepen zoals gefluit en gepiep. De potvis gebruikt trillende geluiden om onderwater te communiceren tussen leden van een school. De Beluga is bekend als de zeekanarie voor zijn melodieuze kreten. Orka�s gebruiken aparte kreten of �dialecten�. Sommige zijn uniek voor een bepaalde groep of een bepaalde kleine school, anderen worden gedeeld met andere kleine scholen die in hun buurt leven. Wanneer ze gevangen worden kunnen orka�s ook �vreemde� dialecten leren. Odontocetes maken klikken die boven het hoorbare voor de mens liggen (tot 300kHz) en die gebruikt worden om de plaats van iets de bepalen door middel van sonar. Men denkt dat de sonarklikken ontstaan door de werking van de dubbele neuskleppen in het neuskanaal tussen de schedel en het blaasgat. De klikken zijn zeer kort (minder dan een milliseconde) en worden verschillende keren per seconde herhaald, soms zoals een knarsende deur. Het merendeel van het geluid heeft een frequentie boven de menselijke gehoorgrens (20kHz). Klikken met een breed frequentiedomein gaan verder doch geven een minder gedetailleerd akoustisch beeld. Klikken met een kleine frequentieband geven een gedetailleerder akoustisch beeld dichterbij. Men vermoedt dat de controle van dit frequentiedomein in de �fatty melon� (een groot vetorgaan in de kop) plaatsvindt. De vorm van deze �fatty melon� kan gewijzigd worden door spieren in het hoofd en er wordt gedacht dat dit de karakteristieken van het geluid, dat erdoor gaat, verandert. De frequentie en de sterkte van weerkaatste echo�s geven de odontocetes informatie over hun omgeving zoals grootte, vorm, dichtheid, afstand en beweging van aanwezige objecten. Door de mens gemaakte sonar-systemen zullen nooit de perfektie bereiken zoals de ge�volueerde kleine tandwalvissen.