海象鲸是海豚总科的早期成员，比海豚更为接近一角鲸，而其獠牙是向身体的后部伸出。牠们长约 2.1 米，重约 150－650 千克。颈部关节显示牠们非常灵活，能转动头部超过 90°。加上牠像海象的阔吻，显示牠们是以猎食底栖生物维生，利用有力的舌头来吸啜及吃软体动物。海象鲸的吻突宽而短，与现今鲸豚不同。鼻孔位于头颅前端，并没有像现存的鲸豚那样形成头顶上的喷气孔。上颚呈拱形，不具有牙齿。眼窝位于颅骨两侧靠近颅顶处，这点也和现存的海豚不同。祕鲁海象鲸（"O. peruvianus"）与细齿海象鲸（"O. lept