Dolfijnen hebben een gestroomlijnd spoelvormig lichaam dat uitermate geschikt is om snel te zwemmen. De homocercale staartvin wordt gebruikt voor stuwkracht terwijl de borstvinnen samen met de hele staartsectie worden gebruikt voor de aansturing. De rugvin zorgt, bij de soorten die deze hebben, voor stabiliteit tijdens het zwemmen.
Hoewel de kleurpatronen per soort verschillen, bestaat het basale kleurpatroon uit grijstinten met op de onderzijde van het lichaam een lichtere grijstinten; frequent gecombineerd met lijnen en plekken in verschillende tinten en contrasten.

Schematische doorsnede van de kop van een dolfijn met onder meer (een deel van) de luchtwegen en de meloen (blauw). De hersenen van het dier liggen áchter het spuitgat in de schedel (groen); op deze illustratie links van het spuitgat.
In de kop van een dolfijn vinden we de meloen die de dolfijn zijn karakteristieke uiterlijk geeft. De meloen is een bollend orgaan dat enigszins over de bovenkaak heen uitpuilt. De meloen dient voor echolocatie en werkt als een actieve sonar. De meloen intensiveert de sonar, geproduceerd door de fonische lippen hoog in de luchtpijp nabij het spuitgat. De trillingen van het fonische lippenmembraan wordt door het weefsel in de meloen omgezet in geluid. Deze fonische lippen produceren een hoogfrequent klikgeluid, ook wel kliks genoemd, de frequentie is zo hoog dat het menselijk oor de klikgeluiden niet kan waarnemen. Wanneer een dolfijn een prooi nadert en de geluidsgolven van de kliks worden weerkaatst door de prooi, zal de dolfijn de echo van zijn klik waarnemen middels de onderkaak. Hierin bevinden zich holtes welke zijn gevuld met vet en deze holtes geven trillingen van een echo door aan het binnenoor, waarna de dolfijn zijn prooi kan lokaliseren.
Enkele soorten zoals de tuimelaar hebben een gekromde bek waardoor deze een glimlach lijkt te vormen, deze vorm heeft echter niets te maken met de gemoedstoestand van de dolfijn. De bek van een dolfijn kan wel tweehonderdvijftig tanden herbergen. Wetenschappers denken dat de tanden ook een functie hebben in het opvangen van kliks; deze zouden zo zijn gerangschikt dat ze dienstdoen als een antenne.
Dolfijnen ademen door het spuitgat, deze is net boven de meloen op de kop gesitueerd en wordt afgesloten door een krachtige klep die reflectorisch wordt geopend voor het in- en uitademen wanneer een dolfijn boven water komt. Het spuitgat is een geëvolueerde neus die in de loop van de evolutie van de snuit is verdwenen en is verplaatst naar de bovenzijde van de kop van het dier.
In 2014 is er evenwel een hectordolfijn waargenomen voor de kust van Nieuw-Zeeland met een defect aan het spuitgat – waardoor het dier dat niet (meer) kon gebruiken om mee te ademen – die zich had aangeleerd om door de mond te ademen.[4]
De geslachtsorganen zijn gelokaliseerd aan de onderzijde van het lichaam. Mannetjes hebben twee gleuven: de bovenste voor het intern herbergen van de penis en de onderste voor de anus. Vrouwtjes hebben slechts één gleuf, waarin zowel de vagina als de anus in uitmonden; aan beide zijden van deze genitale gleuf bevinden zich twee kleine kloven met daarin tepels verborgen. Deze kloven vindt met niet alleen bij de vrouwtjes, maar ook bij sommige mannetjes.