สิ่งแวดล้อมในน้ำมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ต่างจากบนบกมาก การได้ยินของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในน้ำจึงต่างจากสัตว์บกความแตกต่างในระบบการได้ยินจึงทำให้มีการศึกษาสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในน้ำอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะในโลมา

ระบบการได้ยินของสัตว์บกจะทำงานโดยการถ่ายโอนคลื่นเสียงผ่านช่องหูช่องหูของแมวน้ำ สิงโตทะเลและวอลรัส ก็เหมือนกับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบนบกและอาจทำงานแบบเดียวกันแต่สำหรับวาฬและโลมา ก็ยังไม่ชัดเจนว่าเสียงส่งไปถึงหูได้อย่างไร แม้งานศึกษาบางงานจะยืนยันว่า เสียงส่งไปถึงหูผ่านเนื้อเยื่อของขากรรไกรล่างวาฬมีฟันจะกำหนดที่ตั้งวัตถุเช่นเหยื่อด้วยเสียงสะท้อนวาฬกลุ่มนี้ยังแปลกเพราะมีหูที่แยกจากกะโหลกหัวและอยู่ห่างกันมากซึ่งช่วยกำหนดทิศทางของเสียง อันเป็นองค์ประกอบสำคัญของการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน

งานศึกษาต่าง ๆ[29]พบว่า โลมามีคอเคลียในหูชั้นในสองแบบแบบ I จะพบในโลมาแม่น้ำแอมะซอนและพอร์พอยส์อ่าวจอดเรือ (Phocoena phocoena หรือ harbour porpoise)ซึ่งใช้เสียงความถี่สูงมากเพื่อกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนโดยพอร์พอยส์อ่าวจอดเรือ จะส่งเสียงเป็นสองแถบที่ 2 kHz และเหนือ 110 kHzคอเคลียของโลมานี้ได้ปรับตัวโดยเฉพาะเพื่อให้ได้ยินเสียงความถี่สูงมาก โดยคอเคลียที่ฐานจะแคบมาก

ส่วนแบบ II จะพบในสปีชีส์วาฬที่อยู่ห่างจากฝั่งและในน้ำลึก เช่น โลมาปากขวดซึ่งส่งเสียงในความถี่ที่ต่ำกว่า ตามปกติที่ 75-150,000 Hzโดยเสียงความถี่สูงจะใช้กำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน และเสียงความถี่ต่ำมักสัมพันธ์กับปฏิสัมพันธ์ทางสังคม เพราะสามารถส่งไปได้ไกล ๆ

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในน้ำใช้เสียงหลากหลายโลมาสามารถสื่อสารด้วยเสียงกริ๊กและเสียงหวีด ส่วนวาฬใช้เสียงครางหรือเสียงเป็นพัลส์ที่มีความถี่ต่ำสัญญาณแต่ละอย่างจะมีความถี่ต่าง ๆ กัน และสัญญาณต่าง ๆ จะใช้สื่อสารสิ่งต่าง ๆ กันโลมาจะตรวจจับและระบุวัตถุด้วยการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน และใช้เสียงหวีดในกลุ่มสังคมเพื่อระบุโลมาแต่ละตัวและเพื่อสื่อสาร