现代鲸类拥有的次声波和超声波听觉是后来鲸类返回海里才出现的。最早出现的鲸类为古鲸小目(Archaeocetes,并系群)的原鲸科(Protocetidae)。原鲸科动物均出现于5000万年前,化石分布在亚洲、非洲及北美。科学家对于在现今巴基斯坦被发现的巴基斯坦古鲸(又名巴基鲸,Pakicetus)的了解较多,这个生活在5000万~5300万年前的生物化石,头部喷气孔(鼻孔)已移向后方,具有狭长脑室,且仍具有后肢的动物。在同时期的印度岩层中发现的化石证据也显示,在早期的鲸类间,已经有着难以想象的高度生态歧异性。