נקבות הלווייתנאים מיניקות את גוריהן במשך שישה חודשים (לווייתני מזיפות רבים) ועד למעלה משנתיים (לווייתני שיניים רבים: מקרה שיא הוא שנמצא חלב בבטנם של מספר ראשתנים גדולי-ראש שגילם 13 שנים). יצוין כי במינים החברותיים יותר, כמו הראשתן גדול-הראש, הגור עשוי לינוק גם מנקבות אחרות חוץ מאמו, שלרוב קשורות אליו בקשר משפחתי ("סבתא" למשל). הדאגה האימהית כה חזקה במינים מסוימים, עד כי ציידי לווייתנים כינו את הראשתנים גדולי-ראש ואת הלווייתנים האפורים בשם "Devilfish" (בתרגום חופשי: "דגי שטן"), משום שהאמהות גילו תוקפנות רבה בעת שהציידים תקפו את גוריהן. הגורים, בעיקר של לווייתני המזיפות, גדלים במהירות (גור לווייתן כחול יונק מאמו כ-90 ק"ג חלב ביום), בין היתר בשל אחוז השומן הגבוה בחלב האם - בין 15 ל-50 אחוזים (בהשוואה לשלושה עד חמישה אחוזים בחלב פרה). הם מגיעים לבגרות מינית תוך מספר שנים – לווייתני המזיפות מגיעים לבגרות מינית רק לאחר גיל 10 לכל הפחות. עם זאת, גם אחרי שהגיעו לבגרות מינית, לעיתים עליהם לחכות עד שיגיעו ל"בגרות חברתית", מה שייקח מספר שנים נוסף, לפני שיחלו להתרבות . הנקבות של מרבית המינים נשארות פעילות מבחינה מינית עד למותן, אולם תדירות ההמלטה יורדת עם הגיל. יוצאי הדופן לכלל זה הם הקטלנים (האורקות), וייתכן שגם הנתבים קצרי הסנפיר, שאצלם הנקבות נכנסות לשלב פוסט-רבייתי בו הביוץ נפסק.
נקבות הלווייתנאים הן אמהות דואגות: הן עוזרות לגורים להגיע לפני המים בנשימותיו הראשונות, והן תשמורנה עליהם מפני טורפים כל עת שיהיו לצדן. אצל חלק מהמינים, כמו הלבנתן הלבן, האמהות והגורים יוצרים קשרים שנמשכים זמן רב אף לאחר שייגמלו מיניקה. דאגה הורית מצד האבות היא נדירה, אולם קיימים מספר דיווחים נקודתיים לפיהם הזכרים הראו עניין כלשהו בצאצאיהם והביאו להם מזון.
תוחלת חייהם של חלק ממיני הלווייתנאים גבוהה ביחס לרוב מיני היונקים ולחלק ממיני הזוחלים. קיימים הבדלים בולטים בין תוחלת החיים של המינים השונים: המינים הקטנים הם בעלי תוחלת חיים של 12–50 שנים, בעוד שתוחלת חייהם של המינים הגדולים נעה בין 50 ל-100 שנים ואף יותר מכך. באופן כללי, לווייתני המזיפות מאריכים חיים יותר מלווייתני השיניים, ובדרך כלל לווייתנאים גדולים מאריכים חיים יותר מלווייתנאים קטנים. כך, לדוגמה, הדולפינן, שהוא לווייתן שיניים קטן, חי בין 20 ל-35 שנים; הקטלן (אורקה), שהוא לווייתן שיניים גדול, יכול להגיע עד גיל 50 בערך, והראשתן גדול-הראש, שהוא לווייתן שיניים גדול מאוד, יכול לחיות עד 70 שנה לערך; ואילו לווייתני מזיפות רבים, ובייחוד הבלניים, יכולים להגיע לגיל מופלג. כך, לדוגמה, הלווייתנים קשותי הראש יכולים להגיע לגילאים עד ל-200 שנים, ויכולים להתרבות עד גיל מבוגר .
יכולות למידה.
התפיסה הרווחת היא שהלווייתנאים בכללותם הם בעלי חיים בעלי יכולות למידה מהגבוהות בטבע. בני האדם נוטים לעיתים לקרוא ליכולות אלו בתכונה אנושית אינטליגנציה. למיני הלווייתנאים מבנה חברתי מורכב מעצם היותם חיות עדר עם הרבה זמן פנוי ויכולות למידה גבוהות. מינים מסוימים מציגים שיטות ציד מתוחכמות. מנגנון התמצאות במרחב משוכלל מאוד קרי, הסונר הביולגי המבוסס על מנגנון איכון ההד שהמקבילה שלו אצל יונקים יבשתיים הוא אצל העטלף. מערכת תקשורת בן אישית מורכבת. שפה שלא פוענחה עד היום למעט מספר קולות. יכולת לקיים יחסי גומלין עם בני-אדם גם ללא מקדם חיזוק ראשוני מזון. יכולות לימוד וחיקוי טובות – תכונות הדורשות יכולות למידה גבוהה. המחקרים על יכולות הלמידה של הלווייתנאים מתמקדים בעיקר בלווייתני השיניים המוחזקים בדולפינריומים בתנאי שבי ופחות בלווייתני המזיפות, משום שלווייתני השיניים נגישים הרבה יותר לחוקרים.
מוח הלווייתנאים.
באופן כללי, ככל שאורגניזם מפותח יותר, היחס בין גודל מוחו לגודל גופו גבוה יותר – תופעה שנקראת אנצפליזציה. לכל היונקים דרגת אנצפליזציה גבוהה ולכן אין תמה שלגדולים שבהם יהיו מוחות גדולים. ואכן, למרבית הלווייתנאים מוח גדול: מוחם של לווייתנים גדולים שוקל בין שלושה לשמונה קילוגרמים לערך, ומוחם של הדולפיננים שוקל כ-1.7 קילוגרמים (יותר מאשר מוחו של אדם ממוצע). מוחו של הראשתן גדול-הראש הוא הגדול ביותר בעולם החי, ומשקלו עומד על כשמונה קילוגרמים (אצל הזכרים). עם זאת, גודלו המוחלט של המוח אינו נחשב למדד להערכת האינטליגנציה של יצור מסוים. מדד מקובל יותר הוא היחס בין משקל המוח למשקל הגוף. יחס גבוה יותר, מקובל לחשוב, מלמד על מוח מפותח יותר: כך למשל, משקלם היחסי של מוחם של הלווייתנים הגדולים נמוך יותר ממשקלם היחסי של מוחם של הדולפינים, ובמיוחד הדולפיננים. בנוסף, משקלם היחסי של מוחותיהם של הלווייתנאים המודרניים גבוה בבירור מהנתון המקביל של הלווייתנאים הקדומים (Archaeoceti), ועוד יותר מזה של מפריסי הפרסה הקרובים אליהם (הקדומים והמודרניים גם יחד). עם זאת, גם מדד ה"מוח/גוף" עצמו הוא תלוי מסה, שכן הוא נוטה לקטון ככל שהמסה גדלה - המוח לא גדל באותה מידה שהגוף גדל, ולכן הוא אינפורמטיבי פחות ממדד המכונה "יחס האנצפליזציה", שהוא היום המדד המקובל לקיום פוטנציאל לאינטליגנציה.
יחס האנצפליזציה (Encephalization Quotient; EQ) הוא היחס בין משקל המוח הנמדד לבין משקל המוח הצפוי לאותו יצור, בהתאם לקבוצה בו היצור נמצא ולמשקל גופו. ככל שיחס זה גבוה יותר, מקובל לחשוב כי מוחו של היצור מפותח יותר. כך, רמת ה-EQ של האדם היא הגבוהה ביותר (מעל 8). מרבית הפרימטים האחרים מחזיקים ברמת EQ שנעה בין 1.5 ל-4.5. לעומתם, רמת ה-EQ של הלווייתנאים משתנה באופן חד יותר: היא נמוכה מאוד אצל הראשתן גדול-הראש (0.44) וגבוהה מאוד אצל הדולפין "Lagenorhynchus albirostris" (6.32). יתר המינים נעים בין רמות אלו. רמת ה-EQ גם היא עלתה במרוצת האבולוציה: אצל מרבית מפריסי הפרסה הקדומים היא הייתה קטנה מ-1; אצל מפריסי הפרסה המודרניים היא נעה סביב 1; אצל הלווייתנאים הקדומים היא הייתה נמוכה מ-1. בשלב ההיפרדות לשתי תת-הסדרות המודרניות התרחשה עלייה משמעותית ברמת ה-EQ של הלווייתנאים: בעוד שהלווייתנאים הקדומים היו בעלי רמה נמוכה כאמור, הלווייתנאים בתקופת האוליגוקן כבר הגיעו לרמות של 1.5 - 4 לערך. מכאן זה עלה בהדרגה: בתקופת המיוקן ה-EQ של מרבית המינים נע בין 2 ל-5, וכיום - ה-EQ של מרבית המינים נע בין 1.5 ל-5.5. מדובר כאן רק בלווייתני השיניים. מוחם של לווייתני המזיפות מציג רמות נמוכות באופן משמעותי, כנראה בשל גודלם הרב, ורמת ה-EQ שלהם נמוכה אף מ-0.5 .
פתרון בעיות, יכולת למידה ויצירתיות.
למונח "אינטליגנציה" אין הגדרה מוסכמת. עם זאת, מקובל לטעון כי האינטליגנציה כוללת את היכולות לפתור בעיות, לתכנן, לחשוב בצורה מופשטת, להבין מערכת של רעיונות, ללמוד מהר וללמוד מן הניסיון. הגדרה זו איננה כוללת תכונות חברתיות או יכולת לבצע טריקים ותעלולים (שעשויה לבוא כתוצאה מהתניה), שרבים מבלבלים בינה לבין מידת האינטליגנציה של בעל החיים. חלק מהחוקרים טוענים שלפי הקריטריונים שהוצגו לעיל מינים מסוימים של לווייתני שיניים אינטליגנטים יותר אף מהשימפנזים, שלרוב מוצגים כבעלי החיים האינטליגנטים ביותר לאחר האדם . דולפינים בשבייה אף מפגינים יכולת מתמטית, שמעידה על חשיבה מופשטת . מדענים אחרים, לעומת זאת, גורסים שמידת האינטליגנציה של הדולפינים זהה פחות או יותר לזו של הפילים, וכי אין הם מפגינים כישרון מיוחד לפתירת בעיות, יחסית לבעלי-חיים אינטליגנטים אחרים. נטען שהתרגילים שמבצעים הדולפינים בשבייה כולם תוצאה של תרגול, ושבעלי חיים מורכבים פחות, כגון חולדות, עולים על הדולפינים במבחנים מסוימים.
חקר התנהגות הדולפינים בטבע הוא משימה קשה. חוקרים מסוימים למדו את ההתנהגות החברתית של דולפינים וניסו להגיע להבנה לגבי רמת התקשורת בין הפרטים בלהקה, שמפורשת כמדד לרמת האינטליגנציה. ככלל, חלק גדול מלווייתני השיניים הם בעלי חיים חברתיים, החיים בלהקות בממדים שונים: דולפיני הנהרות חיים בקבוצות קטנות של 6 - 12 פרטים, והחוקרים מאמינים שהדולפינים בקבוצות הללו מזהים זה את זה. מינים אחרים, דוגמת סטנלה ברודה ("Stenella attenuata"), הדולפין הדרום אפריקני ("Cephalorhynchus heavisidii") והסטנלה ארוכת-החרטום ("Stenella longirostris") חיים בקבוצות שיכולות להגיע למאות פרטים. מחקרים מראים שגם בקבוצות כאלה, בעת הפרעה פתאומית כגון התקפת כריש, הקבוצה כולה זזה בהרמוניה כדי להימלט מהסכנה. אוכלוסיות מסוימות של קטלנים יוצרות אף הן מבנה חברתי סבוך, שכולל כמה דרגות של קרבה (משפחה, להקה, קהילה וכיוצא בזה). על כל פנים, ניכר שאצל לווייתני השיניים המתלהקים בלהקות יש קשר חזק בין חברי הלהקה השונים. הדבר בא לידי ביטוי גם בשיטות ציד מורכבות, הדורשות שיתוף פעולה בין חברי הלהקה, ובסיוע לפרטים חלשים או פצועים.