Las ballenas presentan una serie de adaptaciones fisiológicas que las capacitan para sumergirse a profundidades bastante grandes.

• En primer lugar, tienen un volumen de sangre mayor al de los mamíferos de tamaño y peso similar, y una capacidad mayor para almacenar oxígeno en la sangre y en los tejidos musculares.
  
• En segundo lugar, en cada inspiración se renueva entre el 80% y el 90% del aire de los pulmones frente al 10% ó 20% de la mayoría de los mamíferos terrestres.
  
• En tercer lugar, las ballenas presentan cierta resistencia a acumular dióxido de carbono en los tejidos, pues es la acumulación de éste, en lugar de la falta de oxígeno, lo que desencadena la respuesta respiratoria involuntaria de los mamíferos.

Las ballenas  pueden aguantar la respiración hasta 50 minutos cuando bucean y aún no se conoce cual es la profundidad que suelen alcanzar. Por último, las ballenas son capaces de restringir el riego sanguíneo sólo a órganos vitales durante una inmersión profunda, de manera que dichos órganos no se dañen por la falta de oxígeno.