雄鯨的陰莖平時靠一對“縮肌”維持捲曲在包皮(prepuce)內的位置。大部分哺乳動物的陰莖是由三束海綿體所組成，並在衝血後勃起；鯨類的陰莖卻是由大量的纖維組織構成，而非海綿體。據猜想，當縮肌舒張時，纖維組織的彈性，是造成陰莖勃起的原因。但是，真正的原因也許更複雜，例如公牛的陰莖在解剖學上與雄鯨有相似之處，卻有著較複雜的勃起機制。
雄鯨的睪丸不像其他哺乳動物是位於陰囊內，而是呈長圓形位於腹腔內腎臟的後方，和大象和岩狸一樣。未成熟的海豚的陰莖大小約只有人類手指的一半，重約20克，但在青春期呈戲劇性的增大，及至成年，會有人類前臂那麼長，並加粗，重約數公斤。
精子在睪丸形成，然後進入附睪。像其他的哺乳動物一樣，雄鯨的附睪是由細長的管子捲曲而成。精子通過這些管子並漸漸成熟，最後儲存在靠近尾端之處，有些種類在此處並集結成團狀塊。一些短管狀的儲精管，自此將精子導入尿道。
哺乳動物精液內的液體部分是由不同的附屬性腺分泌而來。鯨魚體內唯一的一種附屬性腺便是前列腺(prostate)，其在幼體時很小隨著漸漸成年會變大。
為適應水中的生活，除了身體變成流線型外，外生殖器官也有所變化，大部分的種類要從外觀來分辨雌雄是很困難的，因為雄性的陰莖除了勃起的時候，一般是縮在包皮之內的。在外觀上，包皮的開口像一道裂口，和雌性的生殖裂口(或稱陰門)非常相似。較顯著的區別是肛門與生殖裂口之間的距離；在雄性約是體常的百分之十。但在雌性，生殖裂口幾乎就接在肛門之前。即使雌鯨具有乳腺也很難被觀察到，因為乳頭就藏在生殖裂口兩側的乳腺裂口內一邊一個，只有在哺乳的時候才伸出，而乳腺位於腹側體壁的鯨油之下，延展成一小條區域，除非正值大量哺乳期間的雌鯨，否則外觀上看不出來。
