水生哺乳动物是指一类有适应水生生活方式的哺乳动物，全球分布区域广泛，生活在各种水域环境中，如河流、湖泊或海洋，包括海豚、鲸、海牛、海狮等品种。水生哺乳动物身体特化，四肢变成了鳍状结构，体表毛发稀少或不生，这些适应外环境的生理和形态上的变化是他们在适应水下生活的基础。
水生哺乳动物具有丰富的感官，其中最重要的是听觉。他们依赖回声定位来探测周围环境。他们恰当地运用了进化的优势，进化了一种能发射和听取高频声波的生理特征称为回声定位。通过穹隆关节将声波传入头部的排列有序的骨骼中，用这些骨骼可以放大和定向接收的声波，从而敏感地反馈周围环境。鲸鱼、海豚、海牛和其他水生哺乳动物都依赖这种听觉来定位周围环境的地方和方向，这使得水生哺乳动物在海里生活的环境非常闪耀。
水生哺乳动物在人类的历史发展中一直扮演着特殊的角色。人们早在古代就开始捕鲸捞海豚，乘载水生哺乳动物的船只在贸易和战争中发挥着重要作用。以前曾经有过人们研究水生哺乳动物的想法，除了图灵和海豚之间的对话以外，并没有获得太多进展。但是现在，大多数关于哺乳动物认知和生理学的研究都依赖于海洋和海里生活的哺乳动物，如今更是增加了许多关于水性哺乳动物的新发现。