Comme chez les autres mammifères, les cas d'hybridation naturelle semblent rares chez les cétacés, en comparaison de ceux observés chez les oiseaux par exemple. Quelques cas d'hybridations spontanées ou induites par une présence commune en delphinarium sont cependant connus. Une étude a confirmé que des femelles marsouins de Dall peuvent occasionnellement s'hybrider avec des marsouins commun, ces accouplements semblent dépendre principalement de facteurs écologiques provoquant un isolement reproductif qui pousse les mâles à poursuivre les femelles. En 2008, un hybride de rorqual et de baleine à bosse aurait été observé puis photographiée à Rurutu (Polynésie).
Plusieurs whalphins issus d'une fausse orque (Pseudorca crassidens) et d'un grand dauphin (Tursiops truncatus) sont nés en captivité.
On trouve des cétacés dans toutes les mers du monde et outre dans les rivières d'Asie, d'Amérique du Sud et du nord. La répartition de certaines espèces est mondiale, comme les orques d'autres se cantonnent à un hémisphère comme les baleines de Minke, à un océan comme le Lagenorhynchus obliquidens. Certaines espèces sont fortement migratrices, d'autres très sédentaires.
Quelques espèces vivent très près des pôles, dans des eaux très froides. Ces cétacés sont en général de plus grande taille que la moyenne. Ces espèces ont un taux métabolique plus faible et comparativement, disposent d'une plus petite surface de peau en comparaison de leur volume sanguin ce qui leur permettre de moins perdre de chaleur, et enfin elles disposent d'une imposante couche de graisse.
Les cétacés doivent remonter à la surface pour respirer, y compris lorsqu'ils dorment. Leurs phases de sommeil sont courtes, environ un quart d'heure et s'étalent sur toute la journée, mais certains cétacés peuvent être observés inactifs en mer durant de longues périodes. Les cétacés semblent ne jamais entrer en sommeil paradoxal car on suppose qu'ils doivent garder du tonus musculaire pour assurer qu'un mouvement permettant la respiration soit possible. Chez certaines espèces de cétacés, fonctionnement unique dans le règne animal, chaque hémisphère cérébral assure à son tour cette fonction, chez les autres espèces, le sommeil est unilatéral.
En 2005, l'UNESCO reconnaissait que « plus de deux tiers des dauphins, des marsouins et autres espèces de la famille des cétacés sont en danger d’être abattus ou pris dans des filets ». En 2007, l'IUCN a déclaré probablement disparu le Dauphin de Chine, tandis que selon elle, en 2008, une espèce est considérée comme en danger critique d'extinction, le Marsouin du Golfe de Californie. Sept autres espèces sont classées par cet organisme comme en danger, le Rorqual boréal, la Baleine bleue, le Rorqual commun, le Dauphin de Nouvelle-Zélande, la Baleine franche de l'Atlantique Nord, la Baleine franche du Pacifique Nord, le Sousouc. Cinq espèces, uniquement à dents, sont classées vulnérables. Bien que les effectifs de nombreuses espèces soient en déclin, plusieurs espèces, après avoir été grandement menacées comme la Baleine boréale ou la Baleine bleue, ont ces effectifs en augmentation. Ainsi par exemple la population de Baleines boréales qui atteint au moins 10 000 spécimens en 2006 augmente de 3 à 5% par an, alors qu'elle se situait vraisemblablement à près de 50 000 individus avant les campagnes de chasse.
Une des menaces directes pour les cétacés semble être les sonars militaires qui utilisent des systèmes d'écholocation comparables à ceux des cétacés marins. À forte puissance, ils peuvent les tuer. Aux Bahamas en 2000, une expérience de l'US Navy avec un émetteur à 230 dB dans la gamme de fréquence 3 000 à 7 000 hertz provoqua l'échouage de seize baleines, dont sept furent trouvées mortes. L'US Navy reconnut sa responsabilité dans cet échouage dans un rapport publié dans le Boston Globe, le 1er janvier 2002. Les sonars peuvent avoir également un rôle néfaste sur leur anatomie, qui leur ferait perdre leur sens de l'orientation, voire de les empêcher de se nourrir ou de se reproduire. Ils pourraient provoquer des malaises de décompression, ce qui occasionne ensuite des échouages. La chasse commerciale, principalement faite par les Japonais, fait chuter d'une manière importante les populations de certaines espèces comme le globicéphale tropical, la fausse orque, le dauphin bleu et blanc, le dauphin d'Électre. La viande de ces espèces y est vendu sous l'appellation « viande de baleine ». Les spécimens des plus grosses espèces de cétacés peuvent également être tués par des chocs avec les bateaux. Peu de précautions sont prises par les armateurs pour éviter ces chocs, qui, s'ils sont mortels pour les cétacés, cause peu de dommages aux navires.
Les menaces indirectes sont la pollution et la surpêche qui crée une diminution des ressources alimentaires. Ces menaces ne touchent pas uniformément chacune des espèces. En outre, plusieurs associations écologistes et la FAO dénoncent également les mortalités occasionnées par les filets sont les filets dérivants. Cependant cette pratique continue en 2008, même dans les endroits ou elle a été interdite, comme en Méditerranée. Depuis les années 1990, des pingers sont expérimentés avec succès pour éloigner les dauphins et surtout les marsouins des filets. Le Whale-waching souvent pratiqué in situ et durant la période de reproduction peut aussi perturber leur vie, de même que la pollution sonore sous-marine et l'augmentation du nombre de navires à grande vitesse.
Les plus anciennes représentations connues des cétacés sont datées de 6 à 10 000 ans, ce sont des peintures rupestres découvertes en Corée du Sud qui représentent des scènes de chasse. Dans l'antiquité, les gros cétacés sont avant tout des monstres marins, thème que l'on retrouve dans la Bible ou dans Pinocchio, les dauphins sont aux contraire représentés sur de nombreuses fresques romaines assez fidèlement. Arion de Méthymne est sauvé par un dauphin.
La chasse à la baleine, par son danger a été le centre de nombreuses œuvres, la plus célèbre étant Moby Dick. Après la moitié du XXe siècle et le début de la prise de conscience des menaces pesant sur les cétacés, les dauphins sont devenus populaires. Une série télévisuelle, Flipper le dauphin a reçu un accueil particulièrement favorable. Par la suite des centres d'élevage, appelés delphinarium sont apparus, contribuant à faire de ces animaux des animaux « sympathiques ».
Le whale-watching est une forme d'éco-tourisme qui à pour but d'observer les cétacés dans leur milieu naturel. Cette activité, plus rarement dénommé « tourisme baleinier », est une activité en plein développement depuis les années 1990. C'est une activité controversée, car si elle offre un intérêt à la protection des cétacés, elle peut provoquer des nuisances, d'autant qu'elle se pratique principalement sur les lieux de reproduction.
Une zone pour protéger les mysticètes a été créé en 1979 dans l’Océan Indien puis une autre autour de l'Antarctique en 1994, les deux sanctuaires ont une zone contiguë. Un espace maritime protégé pour tous les types de cétacés leur est consacré en Méditerranée : le Sanctuaire Pelagos qui résulte d'un accord signé en 1999 par la France, l'Italie et Monaco pour la protection des mammifères marins qui le fréquentent.
De nombreuses associations comme la Société pour la conservation des baleines et des dauphins