Οι φάλαινες εξελίχθηκαν από ένα μικρό θηλαστικό της στεριάς που έμοιαζε με ελάφι πριν από 50 εκατομμύρια χρόνια.

Η εξελικτική πορεία των κητωδών ξεκίνησε πριν από περίπου 50 εκατομμύρια χρόνια κατά την εποχή του Ηώκαινου. Ο Ινδόχυος (Indohyus), ένα θηλαστικό σε μέγεθος ρακούν που ανακαλύφθηκε στο Κασμίρ της Ινδίας, θεωρείται ο στενότερος γνωστός συγγενής των προγόνων της φάλαινας. Αν και έμοιαζε με μικρό ελάφι, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα παχύ οστό στο αυτί του, το οποίο συναντάται μόνο στα κητώδη και βοηθά στην ακοή κάτω από το νερό.Η μετάβαση από την ξηρά στη θάλασσα περιλαμβάνει ενδιάμεσα στάδια όπως ο Πακικύτος (Pakicetus) και ο Αμβουλόκητος (Ambulocetus), η «φάλαινα που περπατάει». Αυτά τα πλάσματα άρχισαν να αναπτύσσουν υδροδυναμικά σώματα και να χάνουν το τρίχωμά τους για να κινούνται πιο εύκολα στο υγρό στοιχείο. Η σταδιακή ατροφία των πίσω άκρων διήρκεσε εκατομμύρια χρόνια, αφήνοντας πίσω μόνο υπολειμματικά οστά λεκάνης που δεν συνδέονται πλέον με τη σπονδυλική στήλη.Μία από τις πιο ισχυρές αποδείξεις αυτής της καταγωγής είναι η ομόλογη δομή των άκρων. Αν ακτινογραφήσουμε το πτερύγιο μιας σύγχρονης φάλαινας, θα δούμε μια δομή πέντε δακτύλων πανομοιότυπη με εκείνη των χερσαίων θηλαστικών και των ανθρώπων. Επιπλέον, οι γενετικές αναλύσεις δείχνουν ότι οι πλησιέστεροι ζωντανοί συγγενείς των φαλαινών σήμερα είναι οι ιπποπόταμοι, επιβεβαιώνοντας τη σύνδεσή τους με τα αρτιοδάκτυλα θηλαστικά.