ความจุปอดขนาดใหญ่—วาฬสีน้ำเงินสามารถบรรจุอากาศได้เทียบเท่ากับ 1,300 แกลลอน—ทำให้สัตว์จำพวกวาฬสามารถว่ายน้ำได้เป็นเวลานานโดยไม่ต้องขึ้นมาบนผิวน้ำเพื่อหายใจ แต่ระบบหายใจและระบบไหลเวียนโลหิตของพวกมันยังมีประสิทธิภาพมากกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบนบกอีกด้วย มนุษย์สามารถดูดซับออกซิเจนได้ระหว่าง 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นในการหายใจหนึ่งครั้ง แต่สำหรับวาฬนั้น เปอร์เซ็นต์นั้นกระโดดขึ้นไปถึงกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ ต้องขอบคุณการสร้างเลือดของพวกมัน เมื่อวาฬบาลีนและ วาฬ ฟันดำดำน้ำ อัตราการเต้นของหัวใจจะช้าลง และปริมาณโมเลกุลไมโอโกลบินในเลือดที่สูงขึ้นจะช่วยให้จับออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น พวกเขาสามารถรักษา myoglobin ได้มากขึ้นเนื่องจากความสามารถพิเศษ "ไม่ติด"นั่นหมายความว่าพื้นผิวของเซลล์เม็ดเลือดจะไม่เกาะกันและอุดตันในกระแสเลือด ร่างกายที่คล่องตัวของพวกมันยังช่วยลดปริมาณออกซิเจนที่จำเป็น  แม้จะต้องขึ้นมาบนผิวน้ำเป็นประจำเพื่อหายใจ แต่สัตว์จำพวกวาฬก็สามารถดำลงไปได้ลึกมาก โดยปกติออร์กาส์จะดำน้ำเพียงไม่ถึงหนึ่งนาทีถึงห้านาทีก่อนที่จะโผล่ขึ้นมาอีกครั้ง แต่ถึงกระนั้นพวกมันก็สามารถดำลงไปได้ลึกกว่า 300 ฟุต (หรือมากกว่า 100 เมตร) วาฬสเปิร์มสามารถดำน้ำได้นานกว่าหนึ่งชั่วโมงและลึกกว่า 6,000 ฟุต (หรือ 1,828 เมตร) วาฬจงอยปากคูเวียร์ได้รับการบันทึกว่าดำน้ำได้สูงถึง 9,816 ฟุต (2,992 เมตร)ซึ่งเทียบเท่ากับความสูงของตึกเอ็มไพร์สเตต นั่นหมายความว่าพวกเขาครอบคลุมระยะทาง 16 สนามฟุตบอลและต้องรับมือกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นเมื่อเข้าไปลึก วาฬสเปิร์ม วาฬจงอยคูเวียร์และวาฬปากขวดล้วนแต่เป็นนักดำน้ำลึก และ (พร้อมกับแมวน้ำดำน้ำลึกอื่นๆ บางตัว) มีการปรับตัวบางอย่างที่ช่วยให้ความดันในปอดโพรงจมูก และพื้นที่ที่เต็มไปด้วยอากาศใน ระดับสูง