鲸鱼不同于其他鱼类，是温血动物，从冰天雪地的南北极到酷热的赤道都可以看到鲸鱼的踪迹，无论是在什么样的环境下，鲸鱼的体温均保持在36℃左右，常在极圈活动的鲸鱼会具有局部异温功能。
像鲸鱼、海豹和海豚这些大部分时间或一直都呆在海里的哺乳动物，用特殊的高级脂肪“外衣”保持自己的体温。但对于那些必须通过潜水进行捕食的动物来说，光有皮毛保护是不够的，因为厚重毛发里的空气会被极强的水压挤出来，皮毛的保温功能会大大降低。而北冰洋和南极周围的海洋深水水温可以降到零下40度，没有其他的保暖措施显然不行。
鲸鱼和其他温血动物最大的不同点在于，当其活动环境的温度较低时，水有相当大的比热及传热能力，因此温度变化很快，鲸鱼无法以聚集、筑巢等方式维持体温，于是演化出超厚的皮下脂肪。过去曾记录到鲸鱼脂肪厚度最高达50公分。
鲸脂是一层包裹整个身体的厚重脂肪“外衣”，重量可以达到体重的一半。这层脂肪含有细细的血管组织，除帮助保持体温，还为很多需要长途跋涉进行繁殖和觅食的海洋动物提供了重要能量储备。除此之外，这层脂肪还可以帮助快速游动的动物将身体塑造成流线型，减少在水中游动时所消耗的能量，同时提高速度。动物栖身的海水温度越低，脂肪也就越厚，鲸脂是通过吸食母体乳液获得的，举例来说，一只灰鲸幼仔每天要喝掉30加仑乳液。但这么厚的皮下脂肪还是不能完全阻挡体温外流，因此鲸鱼还需要摄取大量食物，以维持体温。
鲸鱼的前鳍、尾鳍、背鳍并无鲸脂的分布，当鲸鱼潜到阳光照射不到的深海，或是南、北极时，鲸鱼的鱼鳍难道不会冻到无法活动吗?对此，鲸鱼鳍上的动脉分为无数平行的小动脉，每条小动脉周围又被许多纵行的静脉血管包围，形成一个个血管束，利用动脉与静脉的紧密接触减少热能的散失，这点和企鹅脚不怕冷的道理是一样的。
这个特别的系统，主要控制鲸鳍末端有可能散失的热量，继而保持体温，但当鲸鱼因为活动而体热增加时，这个机制就会自行关闭，动脉血将一直保持着原有的温度到达鳍肢，并把过多的热量散发出去，中途就不再把一部分热量传递给静脉。
此外，鲸鱼还会通过血管的收缩有效维持体温。当鲸鱼潜入深海时，周围温度降低，鲸鱼体表的血管会收缩，将血液集中送往脑部、心脏、肝、肾等内脏器官，从而维持内部体温;相反，当水温上升时，体表的血管便会扩张，加速散热。