尽管存在一些例外（如某些巨大的鲸类和体型较小的水獭），但绝大多数海洋哺乳动物的重量都处于略高于500千克的水平。相比之下，与它们对应的陆地哺乳动物在体型上的差别要大得多。以往的观点认为，海水的浮力和海洋的广阔造就海洋哺乳动物庞大的体型。然而，一项新研究揭示了这种体型分布的背后原因：海水可以轻而易举地夺走哺乳动物体内的热量。为了不使自己全身的热量都流失到周围水体中，哺乳动物必须有相当大的体型。
许多海洋哺乳动物还演化出了厚厚的脂肪层，以避免热量流失。据估计，海洋哺乳动物最小体型大约比陆生最小体型大三个数量级。