抹香鲸是体型最大的齿鲸，头部巨大且呈方体状，占体长的三分之一，内含大量鲸脑油。其下颌短小，仅下颌有20-26对圆锥形牙齿，上颌无牙，形成独特捕食结构。身体呈流线型，无背鳍，皮肤光滑，背部深灰至蓝黑色，腹部白色，尾部有水平尾鳍。抹香鲸的鼻孔位于头部左前方，喷气时形成约45度角的树丛状水雾。

其潜水能力极强，可深潜至2200米并持续两小时，捕食巨型乌贼等深海生物。雄性抹香鲸在繁殖期背部常因打斗留下伤痕，而雌性体型稍小。抹香鲸的独特外形和生理特征使其成为海洋中极具辨识度的物种。