Gruppen med tannhvaler (Odontoceti) inkluderer flest arter og viser størst genetisk variasjon, også med hensyn til den fysiske størrelsen på dyrene. Fjorten av artene har ifølge Havforskningsinstituttet blitt registrert i norske farvann. Hannene blir generelt større enn hunnene. Dette er hvaler som har ordinære tenner av dentin, selv om ikke alle artene har tenner som er funksjonelle. Tannhvalene har blåsehull med kun en pusteåpning. Alle tannhvaler har dessuten en avansert form for ekkolokalisering som de bruker til å orientere seg med. Artene i denne gruppen lever stort sett i havet, men noe få arter har også tilpasset seg ferskvann og lever i noen av verdens større elvesystemer.