אף כי לבסילוזאוריים ולדורודונטידים היו מאפיינים רבים מאוד של לווייתנאים מודרניים, הם לא היו מסוגלים להפיק את הקולות המיוחדים המכונים "שירת הלווייתן" ולא היו מסוגלים להתמצא באמצעות איכון הד מכיוון שלא היו להם איברים מסוימים שיש ללווייתנאים מודרניים, וכן מבנה ראשם היה שונה. נוסף על כך, היו להם מוחות קטנים יחסית; המדענים הסיקו מכך שככל הנראה הם היו בעלי חיים יחידאים, ולא הייתה להם מערכת חברתית מפותחת כזו של הלווייתנאים בני זמננו.
עידן ההולוקן וטקסונומיה מודרנית.
בסדרת הלווייתנאים שלוש תת-סדרות: לווייתנים קדומים, לווייתני מזיפות ולווייתני שיניים. הלווייתנאים הקדומים הם האבות הקדמונים של כל מיני הלווייתנאים המצויים כיום, אך הם עצמם נכחדו כליל. הלווייתנאים הקדומים היו בעלי שיניים. לווייתנאים אלו נכחדו במחצית השנייה של עידן האוליגוקן. לפני היכחדותם, כאמור, התפצלו מהם לווייתני המזיפות ולווייתני השיניים. התפצלות זו מתוארכת לתקופה שקדמה אך במעט לגבול בין עידני האאוקן והאוליגוקן, כלומר לפני 35 מיליוני שנים לערך.
הופעתם של המינים הגדולים ביותר של הלווייתנים - מינים מתת-סדרת לווייתני המזיפת - החלה לפני כ-2–3 מיליון שנים, ייתכן שבעקבות שינוי תפוצת המזון בעולם כתוצאה מגידול כיסוי הקרח בחצי הכדור הצפוני. במקביל לצמיחתם של מיני לווייתנים שונים, החלה העלמות של מיני לווייתנים קטנים. בתקופה זו הופיעו כמה מהחולייתנים הגדולים ביותר שהתקיימו אי פעם, ביניהם הלווייתן הכחול, שהוא החולייתן הגדול ביותר אי פעם המוכר למדע.
כיום מרבית מיני הלווייתנאים הם לווייתני שיניים, ומיעוטם לווייתני מזיפות. קיימים הבדלים פיזיולוגים והתנהגותיים רבים בין לווייתני השיניים ולווייתני המזיפות, בהתאם לאדפטציות ההתנהגותיות והפיזיולוגיות שאימצו. בתחילת דרכם גם ללווייתני המזיפות היו שיניים, אולם אלו הלכו והתנוונו עם הזמן ואת תפקידן החליפו המזיפות.
לווייתני המזיפות והשיניים נבדלים גם בהיבטים הקשורים במיון המודרני. בעוד שהמיון של לווייתני המזיפות החיים יציב למדי, בעיקר בשל כך שמספר המינים קטן והחלוקה די ברורה, המיון של לווייתני השיניים בעייתי יותר. דיונים ערים באשר ליחסים בין המשפחות עדיין מתקיימים, בהסתמך על מחקרים מורפולוגיים ומולקולריים גם יחד. עם זאת, מוסכם כי הראשתניים ולווייתני המקור היו הראשונים להתפצל מהענף של לווייתני השיניים. בהקשר זה בולטת קבוצת דולפיני הנהרות, קבוצה פרפילטית - זוהי קבוצה מלאכותית המכילה מינים שהתפתחו במספר פלישות בלתי תלויות בזמן ובמרחב מהים למערכות נהר מבודדות לגמרי אחת מהשנייה.
מיון הלווייתנאים:
הלווייתנאים והאדם.
הקשרים בין בני האדם ללווייתנאים הם ותיקים ביותר ועברו שינוי מהותי מהימים בהם הם נחשבו למקור מזון ותו לא, עד המאה ה-21 בה הלווייתנאים עומדים מול בעיות חדשות. בתקופת האבן ניצודו הלווייתנאים בקנה מידה קטן, בעיקר לשם אכילת בשרם (ראו למשל המאכל מאקטאק). ציד הלווייתנאים התרחב החל ממאה ה-10 לספירה באזור מפרץ ביסקיה . בתחילת המאה ה-12 החל השימוש גם בשמן הלווייתנאים לצרכים רבים, כמו תאורה וייצור סבונים ועור. שלד הלווייתנאים שימש בבנייה וכחומר גלם לקישוטים שונים. המזיפות של לווייתני המזיפות שימשו כחומר גלם גמיש במגוון של מוצרים מסחריים, כמו חישורי מטריות ומחוכים.
ציד לווייתנים.
במאות ה-17 וה-18 עברה הבכורה בעניין לאנגלים ולהולנדים, בשלושה מרכזים עיקריים: גרינלנד, שפיצברגן ואיסלנד. עם התפתחות הטכנולוגיה, אוניות הציד וכלי הציד התרחבו והיקף הציד הלך וגדל והגיע לאוקיינוס השקט ולחצי הכדור הדרומי, ותחנת ציד אף הוקמה באנטארקטיקה. ב-1928 נכנסו לשימוש אוניות החרושת שהציידים לא רק צדו מהן, אלא גם עיבדו את גוף הלווייתן הניצוד בתוכן. ב-2 בדצמבר 1946 נחתמה האמנה הבינלאומית להסדרת ציד הלווייתנאים על ידי 42 מדינות, שנועדה להסדיר את ציד הלווייתנאים בעולם. החתומים על האמנה השתייכו לשתי קבוצות שונות. האחת ביקשה להסדיר את הציד כדי לאפשר המשך קיום הלווייתנאים במקביל להמשך הציד, והשנייה ראתה באמנה צעד ראשון להפסקת ציד הלווייתנאים. לחץ מצד דעת הקהל העולמית הביא ב-1982 להחלטה על הפסקה בציד מסחרי שתחל ב-1986. עם זאת, הציד נמשך על ידי מספר קבוצות ילידים (ראו למשל ציד לווייתנאים באיי פארו) ובמידה מסוימת על ידי איסלנד, שהכריזה על הפסקת הציד ב-2007, ונורווגיה ויפן, שעדיין צדות לווייתנאים.
פגיעות נוספות בלווייתנים.
במקביל למאבק להפסקת ציד הלווייתנאים, נעשו מאמצים להגן על הלווייתנאים מפני סכנות העולם המודרני. העיקרית שבהן היא לכידתם כשלל-לוואי (By-catach). נזקי הדיג השולי עצומים: בארצות הברית לבדה נהרגו כ-3,029 פרטים בממוצע לשנה בין השנים 1990–1999, רובם המכריע (84 אחוזים) כתוצאה משימוש ברשתות זימים. קשה לכמת את שלל הלוואי העולמי בשל היעדר נתונים מספיקים, אולם הערכות שחושבו בדרך של אקסטרפולציה הגיעו לממוצע של מעל 300,000 פרטים בשנה בין 1990 ל-1994 . בעיות אחרות כוללות רעש ימי העלול לגרום ללווייתנאים לאבד את כושר ההתמצאות ומזהמים ימיים הנמצאים בימים ובאוקיינוסים הכוללים אריזות פלסטיק למיניהן, ביוב ושפכים ומזהמים כימיים (מתכות כבדות וקוטלי חרקים למשל). המזהמים הימיים עלולים לפגוע בלווייתנאים במגוון דרכים, כמו רמות גבוהות של חומרים כימיים בגוף, פגיעה במערכת העיכול עד כדי רעב ומוות, פגיעה ברקמות ועוד.
דוגמה להשפעה החמורה ניתן למצוא בניתוח שנעשה ב 2019 לגופה של נקבת לווייתן שנסחפה לחוף בפיליפינים. הלווייתנית במשקל 498 ק"ג ובאורך 4.5 מטרים, נמצאה כשבקיבתה פסולת מגוונת מפלסטיק במשקל של כ 40 ק"ג, כמות שנחשבת לגדולה באופן לא רגיל אפילו ביחס לכמויות שפעילי סביבה רגילים למצוא בגופות יונקים ימיים באוקיינוסים.
בליעת חלקי פלסטיק מעניקה ללווייתנים וליונקים ימיים אחרים תחושה מוטעית של שובע מבלי לספק להם את הצרכים התזונתיים שהם צריכים. זה מוביל אותם לאיבוד משקל, חולשה וירידה במהירות השחייה שלהם מה שהופך אותם לפגיעים יותר על ידי טורפיהם. ליונקים הימיים אין שום אפשרות לעכל את הפלסטיק או להפריש אותו מגופם.
שימור לווייתנים.
לפי איגוד השימור העולמי (IUCN), כ-28 מיני לווייתנאים נמצאים בסיכון נמוך להכחדה (LR; אחד ממצבי השימור של סיכוך נמוך), 5 מינים נמצאים במצב פגיע, 7 מינים מאוימים בסכנת הכחדה, 2 מינים מצויים בסכנת הכחדה חמורה, ולגבי 39 מינים לא הוחלט על מצב שימור בשל היעדר מידע מספק. כל הלווייתנאים נמצאים תחת חסותם של הנספחים הראשון והשני של אמנת CITES, האוסרת על סחר בחלקים ובמוצרים ממינים מוגנים. בעקבות האיומים עליהם, מין אחד כנראה נכחד בעשור האחרון (דולפין הנהרות הסיני), ונראה שהתקווה היחידה עבור מינים מאוימים אחרים היא גידולם בשבייה בגרעיני רבייה. בסוף המאה ה-20 ובתחילת המאה ה-21 עלתה התודעה הציבורית ללווייתנאים ולסכנה הנשקפת להם באופן משמעותי, וכך התרבו מאוד אגודות לשימור לווייתנאים. חלקן אף מציעות לקהל לתרום להן באמצעות תוכניות בסגנון "אמץ לווייתן", שבהן התורם משלם סכום מסוים ובעבורו הוא מקבל עדכון שוטף על הלווייתן ש"אימץ".
שימושים למטרות בידור, מחקר ועוד.
לווייתנים חיים משמשים את האדם למטרות מחקר, שעשוע, שימושים צבאיים ותרפיה. מכיוון שהם אינטליגנטים, ידידותיים ובעלי יכולות אקרובטיות, מהווים הלווייתנאים בעלי-חיים אידיאליים עבור מופעי-ראווה. מופעים כאלה מתקיימים במתקן דולפינריום, שהוא אקווריום פתוח גדול-ממדים בו הלווייתנאים חיים, מתאמנים ומופיעים. מרביתם של הלווייתנאים המוחזקים במתקני דולפינריום משמשים להצגות למטרות שעשוע, אך מיעוטם מוחזק שם למטרות מחקר. לווייתנאים מוחזקים בשבייה באירופה ובצפון אמריקה החל מהמחצית השנייה של המאה ה-19, אך המתקן הראשון שהחזיק יונקים ימיים למטרות בידוריות היה דולפינריום "מארין סטודיו" (Marine Studios) שנוסד בשנת 1938 בפלורידה. באופן כללי, לווייתני מזיפות אינם מוחזקים בשבייה כלל, בשל ממדיהם. רוב לווייתני השיניים המוחזקים בשבייה הם דולפינים, אך ישנם גם יוצאי דופן כגון פוקנת המפרץ, לבנתן או קטלן. ארגונים הפועלים למען זכויות בעלי חיים ורווחתם מתנגדים להחזקת לווייתנאים בשבייה, בטענה שאין להם מספיק חופש תנועה בבריכות, ללא קשר לגודלן (בטבע, גומאים הדולפינים עשרות קילומטרים מדי יום) ושהם אינם מקבלים מספיק גירויים אינטלקטואליים. לעיתים קרובות דולפינים החיים בשבי מפגינים התנהגות תוקפנית כלפי בני אדם ובעלי חיים אחרים כאחד. תוקפנות זו מביאה לעיתים לפציעות של ממש בקרב בעלי חיים אחרים או אנשים, ולפחות אדם אחד נהרג כתוצאה מתקיפת דולפין בדולפינריום.
לווייתני השיניים גויסו גם לשימוש צבאי על ידי ארצות הברית וברית המועצות בזמן המלחמה הקרה. שני הצדדים אימנו לווייתני שיניים למטרות ביטחוניות שונות, כגון נטרול מוקשים ופצצות, הצלת טובעים וצוללנים, צילום מודיעיני והגנה על החופים. כיום, ארצות הברית מפעילה את תוכנית היונקים הימיים של חיל הים האמריקני.
החל מסוף המאה ה-20 התפתח תחום של תיירות אקולוגית, במסגרתו יוצאים תיירים לצפות בלווייתנאים במקומות החיות שלהם (Whale watching). כמות התיירים הצופים בלווייתנאים עולה במשך הזמן, ונטען ששיקול זה השפיע על תהליך קבלת ההחלטות של מדינות בשאלה האם לצוד לווייתנאים או לא, כחלק משיקולי הכדאיות הכלכלית.
הלווייתנאים והסביבה.
ללווייתנאים - ולמערכת האקולוגית הימית שהם במרכזה - תפקיד חשוב בהשפעה על איכות הסביבה.