從生物化學和遺傳學的角度來看，鯨目動物與有蹄類動物關系密切，化石記錄（約5000萬年前）也支持鯨目動物是由有蹄類動物進化而來的。原始海洋動物都出現在5000萬年前，今天在巴基斯坦發現了重要的化石，叫做葉鬼鯨，屬於壹種滅絕的偶蹄類動物。
4800萬年前，當葉鬼鯨進化成陸鯨（也被稱為步行鯨）時，它已經能夠適應陸地和水域環境。成年陸地鯨大約4米長。它的腳很大，尾巴很強壯，這表明它的遊泳能力很高。然而，它的腿骨很強壯，肘關節和腕關節可以活動，這也揭示了它在陸地上行走的能力。
當鯨目動物進化成原始鯨時，它們已經可以完全生活在水中。但我還是偶爾會去看看這片土地。科學家們通過化石恢復了它強壯的後腿，從而做出了這壹猜測。原鯨體長約3米，主要生活在距離海岸線數百公裏的海域。它的習性與今天的海獅相似。它不會向深海和內海移動，只會在海灘附近和近海移動。
大約3500萬年前，原始鯨向兩個方向進化:王龍鯨和叉齒鯨。王龍鯨體長可達20米，而矛齒鯨體長約5米。這兩種生物已經完全適應了水中的生活，尾部有鰭狀器官幫助它們在水中快速前進，但同時它們仍然保留了祖先的後腿狀結構。最後，大約3000萬年前，在始新世晚期和漸新世早期，現代齒鯨和須鯨是由矛齒鯨演化而來的，直到大約100頭鯨類動物誕生。