与我们所熟知的生命由海洋向陆地进化不同，鲸类的进化史反其道而行之，由陆生向水生演化。鲸类动物的祖先原是在陆上用四肢行走的哺乳动物，经过几亿年的进化，最终形成我们现在所熟知的鲸。然而，鲸类至今还保留着一些祖先的痕迹：虽后肢退化，但尚有骨盆和股骨的残迹，呈残存的骨片；尾巴退化成鳍，末端的皮肤左右向水平方向扩展，形成一对大的尾叶；脊椎骨在狭长的尾干部逐渐变细，最后在进入尾鳍之前消失等。

巴基鲸：最古老的陆生祖先

    巴基鲸是科学家设想的鲸类祖先，生存于始新世的巴基斯坦，故此得名。它是当时少数几种冒险进入水中的哺乳动物之一，可能是为了获取食物或是躲避天敌的追捕。巴基鲸有着内生的耳朵，在当时的生物界十分罕见，这一特有的生理结构在如今的鲸类或是其化石中都有所体现，科学家由此猜测它就是鲸类的祖先。

    巴基鲸的完整骨骼于2001年发现，显示了它们主要生活在陆上，大小与狼相近。

走鲸：像鳄鱼一样能水陆生活

    当巴基鲸进化到走鲸 （又名陆行鲸)时，它已经能同时适应水陆两种环境。根据其化石，科学家猜测它在水中的移动速度不会很快。它的后肢较适合游泳，可能像水獭般摆动背部来游泳。走鲸像鳄鱼般猎食，潜伏在浅水地区捕猎。科学家从对其牙齿的化学分析中发现，走鲸可以出入淡水及海洋区域。

原鲸：完全适应水生生活

    鲸类演化到原鲸时，它已经能完全生活在水中，但还是会光顾陆地。科学家通过化石还原其强壮的后肢，进而作出这种猜测。原鲸主要生活在离海岸线数百公里的水域，习性类似如今的海狮，不会向更深的内海移动，只是在海滩和近海区域活动。与更原始的巴基鲸不同的是，原鲸可以完全听见水中的声音。

    2000年，研究人员发现一具极为珍贵的怀有身孕的雌性原鲸化石，它暗示这种生物可能在陆地产子。

龙王鲸和矛齿鲸：彻底告别陆地

    大约在3500万年~4000万年间，原鲸向龙王鲸和矛齿鲸两个方向进化。这两种生物已经完全生活在水中，尾部出现了类似鳍的器官，帮助它在水中前行，但同时仍保留了祖先的后腿状的结构。最终，经过几亿年的进化，形成如今我们见到的鲸类。

    因为矛齿鲸相当类似龙王鲸，所以矛齿鲸原先被认为是未成年的龙王鲸，但是后来矛齿鲸的幼鲸化石被发现，古生物学家才发现它们是不同种类。