I Cetacei, invece, ritornarono dalla terra al primordiale elemento acquatico che offriva più cibo e più spazio e quindi maggiori garanzie di sopravvivenza.

Lo studio dei fossili induce a ritenere che il loro probabile antenato sia stato il mesonichide, animale simile al cane, vissuto tra i 60 e i 35 milioni di anni fa. Mentre alcuni mesonichidi scelsero di rimanere sulla terra ferma divenendo così i progenitori di molti animali terrestri (ad esempio il cavallo), altri mesonichidi cominciarono a vivere in riva al mare cibandosi di pesce nella acque basse.

Così, circa 50 milioni di anni fa, fece la sua comparsa il pakicetus: un animale simile alla lontra che trascorreva ancora molto tempo sulla terra ferma perchè ancora non completamente adattato all'ambiente acquatico. I loro discendenti vissero sempre più tempo in acqua, fino a quando, circa 30 milioni di anni fa, si adattarono perfettamente alla vita acquatica: infatti risalgono a quest'epoca i primi fossili di animali simili ai cetacei moderni.

La loro evoluzione, che avvenne abbastanza velocemente, si sviluppò in questo senso: gli arti anteriori divennero pagaie corte e larghe, quelli posteriori, così come il pelo, divennero meno evidenti sino a scomparire del tutto, la coda si appiattì trasformandosi nell' attuale pinna caudale, la forma del corpo divenne più idrodinamica, le orecchie insieme agli organi sessuali vennero portati all'interno per sfuggire alla resistenza dell'acqua e infine le narici si trasformarono in sfiatatoi e vennero posizionati sulla testa consentendo all'animale di respirare senza emergere completamente.
Tuttavia conservarono il sangue caldo, i polmoni, il modo di riprodursi e la ricchezza di linguaggio degli animali terrestri.