Các mắt của động vật dạng cá voi nằm ở hai bên trên phần phía sau của chiếc đầu lớn. Điều này có nghĩa là các dạng cá voi với 'mõm' nhọn (như các loài cá heo) sẽ có thị giác tốt hơn khi nhìn về phía trước và phía sau nhưng các dạng cá voi khác với đầu tù (như cá nhà táng), có thể nhìn tốt sang hai bên nhưng không thể nhìn trực tiếp về phía trước và phía sau. Các tuyến nước mắt của chúng tiết ra nước mắt trơn nhờn, giúp bảo vệ mắt trước nước mặn của biển cả. Cá voi cũng có thủy tinh thể gần như hình cầu trong mắt, có hiệu quả tập trung cao nhất đối với cường độ sáng yếu trong vùng nước sâu. Để bù lại cho thị giác nói chung là kém (ngoại trừ cá heo) là thính giác cực tốt.