Net als alle zoogdieren ademen walvissen lucht met behulp van hun longen. Ze zijn warmbloedig, brengen levende jongen ter wereld (onder water), voeden deze jongen met melk uit speciale melkklieren, en hun lichaam is bedekt met (weinig) haar.
De walvissen nemen bij het duiken slechts weinig lucht mee naar beneden; de longcapaciteit is bij de grote soorten maar ongeveer de helft van die bij de landzoogdieren. De zuurstofvoorraad is niet opgeslagen in de longen, maar in het spierweefsel, hier hechten de zuurstofmoleculen zich aan het eiwit myoglobine. De neusgaten worden bij het bovenkomen reflectorisch geopend. De uitademing gaat gepaard met een hevig gesnuif (blazen) door de neus(spuit)gaten. Bij de grote soorten ontstaat dan een fontein van door afkoeling gecondenseerde waterdamp, die tot circa 8 meter hoog kan worden; vorm en afmeting ervan zijn specifiek per soort.
Baleinwalvissen hebben in hun bek baleinen, zeefachtige structuren waarmee het voedsel, kleine vissen en microscopisch plankton, uit het water wordt gezeefd. De baleinen bestaan uit keratine.
De blauwe vinvis is het grootste dier dat ooit op aarde heeft geleefd. Hij kan 33 meter lang worden met een gewicht van 170 ton.
De walvissen behoren tot de bekendste diermuzikanten. Met geluiden van tussen de 20 Hz tot 10 kHz proberen mannetjeswalvissen de vrouwtjes te verleiden. De gezangen die zij zingen bestaan uit verschillende frasen, die uren kunnen duren, en worden soms jarenlang onthouden.
Zie Walvisjacht voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Gedurende de laatste eeuwen zijn vele walvissoorten bijna tot uitsterven gebracht door de behoefte aan hun vlees en vet (gebruikt voor lampolie). Amber is een product dat wordt gewonnen uit het lichaam van de potvis en dat wordt gebruikt in de fabricage van parfum. Door internationale verdragen is de jacht op walvissen sterk aan banden gelegd. Door Canada, IJsland, Japan en Noorwegen en enkele andere landen wordt nog steeds op walvissen gejaagd voor consumptie - soms onder het mom van wetenschappelijk onderzoek. Door enkele inheemse bevolkingsgroepen in Canada, de Verenigde Staten en de Stille Oceaan wordt nog op kleine schaal op bedreigde walvissoorten gejaagd.
