Phân thứ bộ Cá voi (danh pháp khoa học: Cetacea) (từ tiếng La tinh cetus, cá voi) là một phân thứ bộ động vật có vú guốc chẵn gồm các loài như cá voi, cá heo, cá nhà táng, kỳ lân biển và cá heo chuột. Tuy trong tên gọi của nhiều loài có từ "cá", chúng không phải là cá mà thật ra là các loài động vật có vú thủy sinh. Cetus là từ trong tiếng Latinh và được sử dụng trong các tên gọi sinh học để mang nghĩa "cá voi"; ý nghĩa nguyên thủy của nó là "động vật lớn ở biển" là tổng quát hơn. Nó có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp ketos ("quái vật biển"). Cá voi học là một nhánh của khoa học hải dương gắn liền với nghiên cứu các loài cá voi.Các loài thú dạng cá voi là các loài thú chủ yếu đã thích nghi đầy đủ với cuộc sống dưới nước. Cơ thể của chúng có dạng tựa hình thoi (hình con suốt). Các chi trước bị biến đổi thành chân chèo. Các chi sau nhỏ là cơ quan vết tích; chúng không gắn vào xương sống và bị ẩn trong cơ thể. Đuôi có các thùy đuôi nằm ngang (ở cá thật sự thì các thùy đuôi nằm dọc). Các loài cá voi gần như không có lông, và chúng được cách nhiệt bởi một lớp mỡ cá voi dày. Khi xét tổng thể như một nhóm động vật thì các loài cá voi đáng chú ý ở chỗ chúng có trí thông minh cao.Phân thứ bộ này chứa khoảng 89 loài, gần như tất cả sống ở đại dương, ngoại trừ 5 loài cá heo nước ngọt. Các loài còn sinh tồn trong bộ này được chia thành hai phân bộ là Mysticeti (cá voi tấm sừng) và Odontoceti (cá voi có răng, bao gồm trong đó cả các loài cá heo).