Plusieurs espèces de baleines comptent parmi les plus gros animaux de la planète et, en moyenne, les baleines sont plus grosses que les autres mammifères. Ces espèces ont aussi de gros cerveaux. En absolu, le volume du cerveau d’un rorqual bleu, dont le corps pèse près de 100 tonnes, est beaucoup plus important que celui du marsouin commun, dont le poids est de 50 kg. Le plus gros cerveau du règne animal est celui du cachalot, qui pèse près de 9 kg.
La taille absolue du cerveau ne serait cependant pas un bon indice pour évaluer l’intelligence d’un animal. Les biologistes examinent entres autres la taille du cerveau par rapport à la taille de l’animal, ou encore le ratio entre la taille réelle du cerveau et la taille attendue étant donnée la taille de l’animal (le quotient d’encéphalisation). Par exemple, pour l’humain, ce quotient est d’environ 2,3%. Plusieurs espèces de dauphins, dont le Grand dauphin avec un quotient de 1%, sont loin devant toutes les autres espèces animales, comme les chimpanzés, les chiens ou les chats. Ce serait une adaptation à leur milieu difficile, nécessitant un traitement de l’information important, et aux exigences de la vie en groupe, comme la communication, la collaboration et la compétition.
Plusieurs espèces de cétacés ont une vie sociale complexe et présentent des capacités d’apprentissage par imitation et innovation. Chez certaines espèces, des chercheurs ont démontré des capacités de résolution de problèmes, de conscience d’eux-mêmes et d’utilisation d’outils. Certaines populations présentent des traits culturels, sous forme de dialectes et de comportements alimentaires, traits qui sont transmis par apprentissage au sein de « sociétés » distinctes.
Sur la base de ces connaissances, un groupe de scientifiques a avancé en 2010 que les cétacés devraient être considérés comme des « personnes non-humaines » et bénéficier de droits. Ces scientifiques ont même proposé une charte, disponible sur le site Cetacean Rights.