ในสัตว์บกมีประสาทรับรู้เรื่องเสียงและกลิ่นที่ดีมาก ส่วนสัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำนั้นประสาทรับรู้ดังกล่าวหลายอย่างถูกจำกัดด้วยน้ำ ดังนั้นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยอยู่ในทะเลอย่างโลมาและวาฬจึงมีความสามารถในการใช้เสียงและการรับฟังเสียงดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับสัตว์ชนิดอื่น

          หูของมนุษย์รับฟังเสียงได้ในความถี่ช่วง 18 Hz-20 kHz เสียงที่ต่ำกว่า 18 Hz เรียกว่า Infrasound และเสียงที่สูงกว่า 20 kHz เรียกว่า Ultrasound นักวิทยาศาสตร์ต้องการทราบว่าระดับเสียงดังที่สุดเท่าใดที่เกิดจากวาฬ โลมา เรือ และการขุดเจาะน้ำมัน ความดังของเสียง (Loudness หรือ amplitude) ในอากาศเรียกว่า เดซิเบล (Decibel, dB) แต่ในน้ำที่มีการลดลงของ Amplitude ตามระยะทางนั้นใช้หน่วยเป็น XX dB re 1 µPa at 1 m (µPa = micropascal)

          สัญญาณที่ส่งเป็น FM (Frequency modulated) นั้นคือมีความถี่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ส่วนสัญญาณ AM (Amplitude modulated) คือ ความดังเปลี่ยนแปลงตามเวลา เสียงร้องของโลมา (Whistles) เป็นเสียงแบบ FM แต่วาฬไม่มีฟันส่งเสียงร้องแบบ AM ซึ่งมีเสียงร้องคล้ายเสียงคำราม (Growl)

          มนุษย์เปล่งเสียงร้องแตกต่างจากสัตว์ทะเลเลี้ยงลูกด้วยนม การออกเสียงของมนุษย์โดยการหายใจออก โดยปอดบีบตัวขับอากาศผ่านคอหอย (Larynx)  และเส้นเสียง (Vocal cords) สายเสียงจะเปิดและปิดภายในคอหอยทำให้เกิดเสียง และยังมีส่วนของลำคอ ลิ้น ฟัน ปาก และริมฝีปากช่วยในการขบวนการเปล่งเสียงด้วย

          เสียงร้องในโลมาและวาฬนั้นใช้ในการสื่อสาร หาคู่ และหาอาหาร โลมาและวาฬไม่มีเส้นเสียง กลุ่มที่มีฟัน (Toothed whale) จะมีโครงสร้างที่เรียกว่า Dorsal bursae โครงสร้างนี้มีส่วนที่ยื่นเข้าไปในทางเดินหายใจ (Phonic lips) อากาศผ่านทางเดินหายใจ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของเนื้อเยื่อรอบข้างและเข้าสู่ในช่อง (Vestibular sac) ซึ่งอยู่ใต้รูหายใจ (Blow hole) แล้วอากาศถูกปล่อยออกสู่น้ำ การส่งเสียงร้องของโลมาบางครั้งจะปล่อยฟองอากาศออกมาด้วย เมื่อเสียงถูกผลิตขึ้น เสียงจะถูกส่งไปในน้ำผ่านทางเมลอน (Melon) (ตำแหน่งตั้งอยู่บนหัวกะโหลกหลังจะงอยปาก) เมลอนมีโครงสร้างซับซ้อน คล้ายเป็นเลนส์เสียง (Acoustic lens) ที่ช่วยทำให้เสียงเป็นลำ (Beam) ในการส่งเสียงออกไป

          ในวาฬกลุ่ม Baleen ที่ไม่มีฟัน ต่างจากพวกมีฟันคือการมีคอหอย แต่ไม่มีเส้นเสียงเช่นมนุษย์ คอหอยไม่มีหน้าที่ในการผลิตเสียงแต่ยังไม่มีการสรุปที่ชัดเจน ส่วนของ Cranial sinus น่าจะมีส่วนในการผลิตเสียง พบว่าวาฬหลังค่อมไม่มีการหายใจออกเลยในขณะที่มันร้องเพลงนานถึง 20 นาที นั่นแสดงว่าวาฬหลังค่อมมีการหมุนเวียนอากาศในร่างกายเพื่อการเปล่งเสียงร้อง และพบเฉพาะเพศผู้เท่านั้นที่ร้องเพลงได้ (ยังไม่มีหลักฐานว่าเพศเมียสามารถร้องเพลงได้)

          วาฬกลุ่ม Baleanopterids นั้น วาฬไซ (Sei whale) สามารถเปล่งเสียงได้ 2 แบบ และความถี่ของเสียงแกว่งอยู่ในช่วงระหว่าง 1.5-3.5 kHz นาน 0.5-0.8 วินาที และ 30-40 มิลลิวินาที และมีช่วงเว้นสำหรับเสียง 2 แบบนี้นาน 0.4 วินาที-1 วินาที ส่วนวาฬบรูด้าผลิตเสียงร้องความถี่ต่ำระหว่าง 70-245 Hz นาน 0.2-1.5 วินาที เสียงมีความดัง 152-174 dB re 1 µPa และยังผลิตเสียงที่เป็นจังหวะด้วยความถี่ 700-900 Hz บางตัวผลิตเสียงที่ความถี่ 45 Hz และส่งเสียงนาน 1-4 วินาทีและมีเสียงเหมือนการร้องประสานเสียง (Harmonics) บางตัวผลิตเสียง 35-42, 52, 22-28, และ 70 Hz แต่ไม่เป็นเสียงร้องแบบ Harmonics นักวิทยาศาสตร์ยังคงต้องทำการศึกษาเรื่องเสียงในวาฬต่อไป

เอคโคโลเคชัน (Echolocation)
          Echolocation มีเฉพาะในโลมาและวาฬชนิดที่มีฟัน (Toothed whales) Echolocation คือ ขบวนการที่สัตว์รับรู้ถึงสิ่งแวดล้อมต่างๆ รอบตัว โดยการปล่อยเสียงออกไป (การส่งเสียงออกไปเป็นลักษณะ Beam) และรับฟังคลื่นสะท้อนของเสียงกลับมา ได้มีการวิจัยเรื่อง Echolocation ในโลมาปากขวดเมื่อปี ค.ศ. 1960 พบว่าโลมาปากขวดรับฟังเสียงความถี่สูงสุดได้ถึง 150 kHz โลมาจะส่งเสียงออกไปจากส่วนหัว (Melon head) ซึ่งมีโครงสร้างซับซ้อน และรับเสียงสะท้อนจากส่วนปลายของกราม (Mandibles) เสียงจะถูกส่งต่อไปยังกระดูกหู แล้วมีการประมวลผลจากสมองว่าสิ่งแวดล้อมรอบๆ ตัว คืออะไรบ้าง เช่น ฝูงปลา เครื่องกีดขวางใต้น้ำ ที่ตื้นลึก เป็นต้น และเนื่องจากโลมาและวาฬมีรูหูแต่ไม่มีใบหู จึงสามารถรับรู้เสียงจากด้านหน้าได้เท่านั้น

          ความสามารถของ Echolocation ของโลมาและวาฬสูงกว่าเครื่องมือ Sonar ชนิดใดๆ ที่มนุษย์ผลิตขึ้น โดยเฉพาะในที่น้ำตื้น มีการรับและประมวลผลได้รวดเร็วมากกว่าสัตว์ทุกชนิด และเนื่องจากโลมามีการเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา จึงทำให้มันสามารถตรวจสอบรับรู้ถึงสภาพแวดล้อมได้ทุกทิศทาง