Várias técnicas de captura de alimento foram desenvolvidas pelas diferentes espécies de cetáceos. Seus objetivos sempre serão: gastar menos energia para obter mais alimento. Os representantes da família Balaenopteridae, por apresentarem sulcos ventrais, podem expandir a região da boca e "garganta" em consequência da presença de grandes quantidades de água contendo alimento. Elas são conhecidas por "tomarem grandes goles" de água ("gulpers", em inglês). Na realidade, os cetáceos praticamente não bebem água, pois há uma necessidade de manutenção de um balanço osmótico com o ambiente externo. Os cetáceos marinhos apresentam rins altamente complexos. A água que adentra seus corpos é proveniente do alimento que, geralmente, possui uma quantidade alta de sais em sua constituição.
As baleias-jubarte desenvolveram uma técnica peculiar de capturar suas presas: a rede de bolhas ("bubble net", em inglês). Um ou vários indivíduos, ao localizarem um grande cardume de peixes, vão ao fundo e nadam ao redor deste, liberando bolhas de ar que, por serem menos densas do que a água, sobem à superfície e acabam por formar uma rede envolvendo as presas. Em um determinado momento, ela(s) penetra(m) no interior do "cercado", nadando do fundo para a superfície com a boca aberta, realizando então a captura dos peixes. Já as baleias-francas (família Balaenidae), como não apresentam sulcos ventrais, desenvolvem outras técnicas alimentares, como o deslizamento ("skimming", em inglês). Elas nadam sobre a superfície da água, com a boca aberta, peneirando todo alimento encontrado a sua frente. Já foram observadas formações com baleias francas distribuídas em V invertido para aproveitar todo o alimento existente a sua frente sem que um indivíduo atrapalhe o outro. As baleias-cinzentas, por sua vez, alimentam-se principalmente de crustáceos encontrados no substrato de fundo, coletando a "lama" ou "lodo" do substrato oceânico, e peneirando-a na boca ao deslocarem-se para a superfície.
Quanto aos odontocetos, são observadas várias incursões em grupo para a captura de presas. São técnicas especializadas taticamente para que o aproveitamento seja o maior, com menor gasto de energia. As orcas atacam as grandes baleias, em grupos de 4, 5 ou mais indivíduos, alimentando-se principalmente da língua, de pedaços de nadadeiras e das laterais da boca. Geralmente elas atacam os indivíduos mais idosos. Os baleotes seriam presas fáceis, caso não recebessem a proteção não só da própria mãe, como também dos demais representantes do grupo, que deslocam-se geralmente em formações que propiciam a melhor proteção para os baleotes. Incursões estratégicas sobre lobos e leões-marinhos e pinguins que se encontram sobre icebergs e praias são desenvolvidas com o objetivo de jogá-los ao mar. Para tal, as orcas desenvolvem o comportamento de espionagem sobre a superfície da água ("spy-hopping", em inglês), para localizar suas presas. Ai então elas nadam submersas em direção ao iceberg, chocando-se com o mesmo para derrubar suas presas, que, na água, praticamente não têm chances de escapar.
Convém destacar uma dieta um tanto especializada dos cachalotes. No geral, eles se alimentam de grandes quantidades de pequenas lulas. Porém já foram encontrados em seus conteúdos estomacais lulas de 11 metros de comprimento (em média) do gênero Architeuthis. Estes moluscos habitam as profundezas do mar e, devido à grande capacidade de mergulho dos cachalotes, eles são capacitados de caçá-los. Para tal, os cachalotes utilizam-se de seu sistema de eco-localização pois a profundidade onde são encontradas as grandes lulas é afótica (sem luz). Por este fato, uma eventual batalha que ocorre quando do encontro destes animais em grandes profundidades nunca foi registrada. Porém, cachalotes com grandes lulas presas à sua boca já foram avistados na superfície da água do mar. Marcas das ventosas das lulas também são evidências constantemente observadas na região da cabeça dos grandes cachalotes.
