Um im kalten Wasser zu überleben, besitzen Delfine ein mehrere Zentimeter dickes Fettgewebe, das den Körper wärmend umhüllt. Dieser sogenannte Blubber schützt einerseits vor Wärmeverlust und kann andererseits als wertvolle Energiereserve dienen. Der Blubber ist vornehmlich am Rumpf der Delfine gegeben, während die Flossen nur spärlich mit Fettgewebe überzogen sind. In den Flossen liegen die Blutgefäße in einem engen Netz von Arterien und Venen unmittelbar unter der Hautoberfläche. Hier findet der Wärmeaustausch des Körpers statt, in dem das kalte Wasser das Blut in den Flossen kühlt, das anschließend in den übrigen Körper gepumpt wird, um ein Überhitzen des dick mit Blubber eingepackten Delfins zu verhindern.

Luft holen müssen Delfine regelmäßig, denn anders als die Fische, die über ihre Kiemen den nötigen Sauerstoff aus dem Wasser entnehmen, besitzen Delfine Lungen, und müssen somit an die Wasseroberfläche, um Luft zu atmen. Bei jedem der sehr kräftigen Atemzüge tauschen die Delfine ca. 80% des Luftvolumens ihrer Lungen aus. Bei Landsäugetieren liegt dieser Wert lediglich bei 15%. Darüber hinaus können Delfine der eingeatmeten Luft viel mehr Sauerstoff entziehen, als Landsäugetiere. Beim kräftigen Ausatmen, wird Wasser, das sich beim Tauchen auf dem Blasloch angesammelt hat, nach oben gespritzt. Dies ist der insbesondere bei den großen Walarten oft meterhohe Blas, der häufig und fälschlicherweise derart gedeutet wird, dass dieses Wasser direkt aus dem Blasloch käme. Tatsächlich ist dieses lediglich das Wasser, das auf dem Blasloch liegt und beim kräftigen Ausatmen weit nach oben gespritzt wird.

Große Tümmler können viele Minuten unter Wasser bleiben, obschon die gewöhnliche Tauchdauer nur bei etwa 30 Sekunden liegt. Delfine können nicht nur lange unter Wasser bleiben, sondern auch tief tauchen. Die in den Delfinarien der Welt gehaltenen Großen Tümmler stammen jedoch von den flachen, zumeist nur wenige Meter tiefen Küstengewässern, wo ein tiefes Tauchen nicht möglich ist. Neben der Küstenform der Großen Tümmler gibt es allerdings auch Delfine, die abseits der Küsten im offenen Meer leben und dort Tauchtiefen bis zu 400 m erreichen können. Hierzu sind einige wichtige körperliche Voraussetzungen notwendig, denn in solch einer Tiefe ist ein enormer Druck gegeben, dem ein menschlicher Körper nicht standhalten könnte. Delfine können etwa 80% des eingeatmeten Sauerstoffs anstatt in den Lungen zu speichern an ihr Muskelgewebe binden, um hiermit genügend Sauerstoff für einen langen Tauchgang zur Verfügung zu haben. Die Tiere haben beim Tauchen somit nur sehr wenig Luft in den Lungen, so dass die Lungen beim Tieftauchen fast vollständig zusammengedrückt werden können, ohne hierbei jedoch Schaden zu nehmen. Die übrigen Organe hingegen sind reich an Wasser und öligen Flüssigkeiten und können dem Druck gut standhalten. Darüber hinaus haben alle Blutgefäße dicke muskulöse Wände, so dass selbst durch den enormen Druck von Außen auch der Blutkreislauf nicht beeinträchtigt wird.

Der Geruchssinn hat bei den Delfinen an Bedeutung verloren. Sie besitzen keine Riechepithele. Delfine öffnen ihre Nasenlöcher ohnehin nur dann, wenn sie zum Luftholen an die Wasseroberfläche kommen. Das Atemholen erfolgt in Sekundenschnelle, so dass ein Riechen hierbei nur sehr eingeschränkt gegeben sein kann.

Delfine besitzen keine Stimmbänder. Stattdessen nutzen Delfine die Stimmlippen im Nasengang, um die lauten Kreisch-, Pfeif- und Zwitschertöne zu erzeugen, die nicht aus dem Maul sondern aus dem Blasloch kommen. Jeder Delfin hat seinen eigenen Identifikations-Pfeifton, der aus einer Reihe von Tönen besteht. Diese sind auch für die Menschen zu hören und liegen in einem Frequenzbereich von etwa 500 Hz bis 16 kHz. Delfine können aber auch Ultraschalltöne erzeugen, die für den Menschen nicht wahrzunehmen sind.

Während die Menschen vornehmlich mit den Fingern tasten, übernimmt bei den Delfinen die hoch spezialisierte Haut die Aufgabe des Tastsinns. Die Haut enthält ein System miteinander verbundener eingekapselter Nervenenden. An empfindlichen Stellen des Körpers, wie z.B. an der Schnauze, befinden sich mehr Nervenzellen als an weniger empfindlichen Bereichen. So berühren Delfine unbekannte Gegenstände mit der Spitze des Unterkiefers, um diese Objekte zu ertasten. Auch um das Blasloch herum befinden sich besonders viele Nervenenden. Diese fühlen die Druckveränderungen an der Wasseroberfläche, so dass der Delfin beim Auftauchen erkennt, wann das Blasloch an der Luft ist und geöffnet werden kann.

Neben einem hervorragend ausgebildeten Gehör besitzen Delfine ein auf Schall beruhendes Sinnesorgan, das so genanntes Sonarsystem, das in ähnlicher Form z.B. auch bei Fledermäusen gegeben ist. Das Sonarsystem dient dazu, sich im Dunkeln oder über große Distanzen zu orientieren. Da der Schall sich im Wasser sehr viel schneller und intensiver ausbreitet, als an der Luft, ist eine Orientierung mit Hilfe des Gehörsinns unter Wasser besonders vorteilhaft. Das Sonarsystem beruht auf der Aussendung und dem Empfangen von hochfrequenten Tönen. Der Delfin entsendet im Ultraschallbereich sogenannte Klicks. Die Schallwellen dieser Klicks werden ähnlich einem Echo von Objekten reflektiert. Der Delfin empfängt diese reflektierenden Ultraschallwellen und kann sich hieraus ein Bild seiner Umgebung oder eines Objektes machen oder die Entfernung des Objektes bestimmen. Die Reichweite des Sonars liegt bei etwa 100 Metern. Darüber hinaus kann der Delfin das Sonar auch im Nahbereich nutzen, um die Oberflächenbeschaffenheit von Objekten oder andere Detailinformationen zu bestimmen. Das Sonar der Delfine funktioniert ausschließlich unter Wasser und diente als Vorbild für das Echoortungssystem moderner U-Boote und Schiffe.

Regelmäßig führen die Großen Tümmler in Duisburg vor, das ihr Sonar keinesfalls im Delfinarium verkümmert. Ihre Augen werden dann mit Augenklappen verschlossen. Ein kleiner Fisch aus Gummi, der in seinem Inneren einen luftgefüllten Ballon und ein Bleigewicht trägt, sinkt auf den Grund des Delfinariums. Der „blinde“ Große Tümmler sucht ihn mit Hilfe seines Sonars und bringt ihn zurück zum Tierpfleger. Die Delfine können so ihr Sonar ganz gezielt ein- und ausschalten und nur im Bedarfsfall gebrauchen.

 

Delfine verfügen über einen magnetischen Sinn mit der Fähigkeit der Wahrnehmung des Erdmagnetismus. Winzig kleine magnetische Kristalle an den Nervenzellen der Delfine arbeiten ähnlich wie ein Kompass und helfen bei der Navigation im Meer. Ein derartiger Magnetsinn konnte auch bei einigen Fischen, Nagetieren und Zugvögeln nachgewiesen werden.