Một vài loài cá voi còn có thể định vị bằng tiếng vang. Nhiều loài cá voi có răng phát ra các tiếng lách cách tương tự như các âm thanh trong định vị bằng tiếng vang, nhưng người ta vẫn chưa chứng minh được là chúng định vị bằng tiếng vang hay không. Các dạng cá voi tấm sừng hàm (Mysticeti) ít có nhu cầu định vị bằng tiếng vang, do chúng chỉ săn bắt các loài cá nhỏ và sẽ là không thực tế khi định vị bằng tiếng vang. Một số thành viên trong nhóm cá voi có răng (Odontoceti), như một vài dạng cá heo, thực hiện việc định vị bằng tiếng vang. Các dạng cá voi này sử dụng âm thanh tương tự như ở dơi (bộ Chiroptera) – chúng phát ra âm thanh (gọi là tiếng lách cách), các sóng âm này đi tới vật thể và bị phản xạ trở lại nơi phát ra. Từ âm thanh phản xạ trở lại này mà cá voi có thể phân biệt được kích thước, hình dáng, đặc trưng bề mặt và chuyển động của vật thể, cũng như xác định được khoảng cách đến vật thể đó. Với khả năng này cá voi có thể tìm kiếm, săn đuổi và bắt các con mồi bơi nhanh trong bóng tối hoàn toàn. Việc định vị bằng tiếng vang khá phát triển ở phần lớn các loài cá voi có răng và chúng có thể phân biệt được vật thể là con mồi và vật thể không là con mồi (như tàu thuyền, con người). Các dạng cá voi nuôi nhốt có thể được huấn luyện để phân biệt được các quả bóng với hình dạng và kích thước khác nhau.

Cá voi cũng có thể sử dụng âm thanh để liên lạc, với nhiều kiểu âm thanh khác nhau.