ถึงแม้จะอาศัยอยู่ในน้ำ แต่เป็นที่ทราบกันดีว่า โลมา พะยูน และวาฬ เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์สามชนิดนี้มีรูปร่างคล้ายปลา ว่ายน้ำและดำน้ำได้คล่องแคล่ว แต่ไม่ใช่ปลา ปลาเป็นสัตว์เลือดเย็น สามารถปรับอุณหภูมิของลำตัวให้เท่ากับสิ่งแวดล้อมได้ มีเกล็ดปกคลุมลำตัว หายใจทางเหงือก และส่วนมากออกลูกเป็นไข่ก่อนที่จะฟักเป็นตัวอ่อน ส่วนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นสัตว์เลือดอุ่น มีขนปกคลุมลำตัว หายใจด้วยปอด และต้องหายใจในอากาศ

คนเราก็เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์เลี้ยงหลายชนิด เช่น แมว หมา วัว ควาย ก็เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นกัน สัตว์เหล่านี้มีน้ำนมสำหรับเลี้ยงลูกและเลี้ยงดูแลลูกอ่อนจนกว่าจะโต สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลมีลูกน้อย เพียงคราวละหนึ่งหรือสองตัว และต้องเลี้ยงลูกอยู่นานจนกว่าจะโต จึงเพิ่มจำนวนได้ช้ามาก ต่างจากปลาในทะเลซึ่งเพิ่มจำนวนได้อย่างรวดเร็ว โดยปกติปลาตัวหนึ่งจะวางไข่คราวละเป็นร้อยหรือเป็นพันฟอง ดังนั้นแม้ว่าตัวปลา ลูกปลา และไข่ปลาจะถูกจับและถูกกินเป็นอาหารปีหนึ่ง ๆ เป็นจำนวนมากมาย ก็ยังมีปลาจำนวนมากเกิดขึ้นใหม่ทดแทนอยู่เสมอ แต่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลมิได้เป็นเช่นนั้น ถ้าถูกจับหรือถูกฆ่าเพื่อใช้เป็นอาหารหรือเพื่อใช้หนังเป็นจำนวนมาก ๆ เข้าก็จะลดจำนวนน้อยลงไปอย่างรวดเร็วจนอาจสูญพันธุ์ได้ง่าย

พะยูนหรือหมูน้ำ หรือหมูยูน เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลที่เคยมีมากทั้งในอ่าวไทยและในทะเลอันดามัน พะยูนเป็นสัตว์รูปร่างแปลก ลำตัวกลมเรียวยาวไปทางท้าย หน้าเหมือนหมู แต่มีหางเป็นปลา ชอบลอยนิ่ง ๆ อยู่ในทะเลใกล้ชายฝั่ง ขาหน้าสองข้างของพะยูนเป็นแผ่นแบน สำหรับใช้ว่ายน้ำ หรือคลานไปตามพื้นท้องทะเล พะยูนว่ายน้ำได้เหมือนปลาแต่ต้องโผล่ขึ้นหายใจเหนือน้ำเป็นระยะ ๆ เชื่อกันว่าพะยูนนั้นเป็นต้นตอของคำว่า "นางเงือก" ในเทพนิยายพะยูนตัวผู้ตัวโตกว่าตัวเมีย มีเขี้ยวยาวยื่นออกมาจากปากเป็นงาสั้น ๆ ดังเช่น งาช้าง เขี้ยวนี้มีไว้สำหรับขุดคุ้ยดินที่พื้นทะเลเพื่อหาอาหาร อาหารของพะยูนได้แก่ หญ้าทะเล และสาหร่ายทะเล หญ้าทะเลนั้นชอบขึ้นอยู่หนาแน่นตามพื้นทะเลตื้น ๆ ใกล้ปะการัง ที่ไหนมีปะการังและหญ้าทะเลขึ้นอยู่งอกงามที่นั่นจะมีพะยูนแต่ก่อนนี้เคยมีพะยูนอยู่เป็นจำนวนมาก ในทะเลทางภาคใต้ของประเทศไทย แต่เนื่องจากเป็นพะยูนสัตว์เชื่องช้าและไม่มีอาวุธป้องกันตัว จึงถูกจับได้โดยง่าย โดยติดมากับอวนของชาวประมงซึ่งใช้อวนลากในบริเวณน้ำตื้นใกล้ชายฝั่ง อันเป็นการกระทำที่ผิดกฎหมาย พะยูนเป็นสัตว์คุ้มครอง ห้ามจับ ห้ามล่า ห้ามฆ่า ห้ามมีไว้ในครอบครอง แต่ก็ยังมีผู้ฝ่าฝืนทำให้พะยูนเกือบจะไม่มีเหลือ ปัจจุบันพะยูนถูกจับและถูกล่าเพื่อเป็นอาหารไปเสียมาก ประกอบกับหญ้าทะเลซึ่งเป็นอาหารถูกทำลายโดยน้ำเสีย อันเนื่องมาจากการก่อสร้างบนฝั่ง ทำให้พะยูนเหลืออยู่ในทะเลเพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น

โลมา

เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอีกชนิดหนึ่งที่อาศัยอยู่ในทะเล โลมาเป็นสัตว์ฉลาดว่องไว ขี้เล่น และอาจนำมาฝึกหัดให้แสดงท่าว่ายน้ำ กระโดดน้ำท่าต่าง ๆ ได้ เช่น กระโดดพุ่งจากน้ำลอดห่วง กระโดดขึ้นจากน้ำพร้อมกันหลายตัว กระโดดน้ำพลิกตัว ว่ายน้ำตามกันเป็นแถว และอื่น ๆ โลมาที่น่ารู้จัก คือ โลมาปากขวด มีปากเรียวยาวตัวสีค่อนข้างขาว กับโลมาหัวบาตร ซึ่งมีหน้าผากโหนกยื่นออกมามาก ปากสั้น ตัวสีน้ำเงินเข้มเกือบดำ โลมาทั้งสองชนิดนี้มีในอ่าวไทยโลมาชอบอยู่ในทะเลลึก ว่ายน้ำได้รวดเร็วมาก และสามารถดำน้ำลงไปได้ลึกกว่าสามสิบเมตร บางทีก็ว่ายน้ำตามเรือที่กำลังแล่น ซึ่งจะเห็นได้จากกระโดงหรือ ครีบหลังที่โผล่ขึ้นเหนือน้ำอย่างช้า ๆ ตามผิวทะเล อาหารของโลมาคือปลาและปลาหมึกเมื่ออยู่ในทะเลตามธรรมชาติ โลมาจะมีอายุยืนยาวนานระหว่างยี่สิบถึงสี่สิบห้าปี แต่ถ้าอยู่ในที่คุมขังโลมาจะมีอายุสั้นและตายง่าย

ปลาวาฬ

ปลาวาฬไม่ใช่ปลา แต่เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยอยู่ในทะเล ปลาวาฬส่วนมากมีขนาดใหญ่ บางชนิดตัวยาวเกือบร้อยฟุต หรือประมาณสามสิบเมตร นับได้ว่าเป็นสัตว์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ปลาวาฬขนาดใหญ่เช่นนั้นอาศัยอยู่ในทะเลหนาวในน่านน้ำไทยก็มีปลาวาฬอาศัยอยู่ แต่เป็นพันธุ์เล็ก อาศัยอยู่ในทะเลหลวงกินแพลงตอน หรือปลาขนาดเล็กเป็นอาหาร ศัตรูของปลาวาฬคือปลาวาฬเพชฌฆาต ซึ่งดุร้ายมาก เคยมีปลาวาฬถูกฆ่าโดยปลาวาฬเพชฌฆาต ตายลอยมาติดชายหาดทางภาคใต้ของประเทศไทยหลายครั้ง