Los mamíferos marinos adquirieron distintos rasgos para adaptarse a la vida en el mar, como un tamaño generalmente mayor, forma corporal hidrodinámica, modificaron apéndices y experimentaron adaptaciones termoregulatorias. Las diferentes especies, sin embargo, se adaptaron a la vida marítima en distintos grados. Los más adaptados son los cetáceos y los sirenios, cuyo ciclo de vida discurre totalmente en el agua, mientras que los demás grupos pasan al menos algún tiempo en tierra.
A pesar de que los mamíferos marinos son una megafauna carismática y que cuenta con el apoyo de grupos ecologistas, muchas poblaciones son vulnerables o están en peligro de extinción debido a una larga historia de explotación comercial para obtener grasa, aceite, carne, marfil y piel. La mayor parte de las especies de mamíferos marinos se encuentran protegidas frente a la explotación comercial.