イルカの脳は大きくって、濃化指数、平均的な体重に対する脳のサイズの平均は人間に次いで2番目です。イルカやハクジラは複雑な脳を持ち、複雑な社会関係の構築や超音波を使って行先を定めたりコミュニケーションしています。  近年、いくつかのイルカの脳の中に「スピンドルニューロン」の存在が発見されました。このスピンドルニューロンは感情移入、社会的認知、およびその他の複雑な認知能力に関連しています。また、イルカは人間の赤子よりも早く鏡に映った自分の姿を認識することが発見されています。