تطور جميع المجموعات الرئيسية من الحيتانيات بناءً على تسلسلات الحمض النووي من ثلاثة جينات ميتوكوندرية.

بشكل تقليدي، تصنف الحيتانيات الحية (ترتيب الحيتانيات) إلى فرعين متميزين للغاية: الحيتان المسننة التي تستخدم الصدى، (Odontoceti) والحيتان المرشحة ذات الشفاه (Mysticeti). تتعارض شجرة النسب الجزيئية المستندة إلى 1352 زوجًا قاعديًا من مقاطع جينية ريبوسومية ميتوكوندرية وجين سيتوكروم ب من الحمض النووي الميتوكوندري لجميع المجموعات الرئيسية للحيتانيات مع هذا التقسيم التصنيفي المتعارف عليه منذ زمن طويل. واحدة من مجموعات الحيتان المسننة، هي الحيتان العنبرية، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحيتان ذات الشفاه المتباينة من الناحية الشكلية أكثر من ارتباطها مع الأنواع الأخرى من (odontocetes). تشير هذه النتيجة إلى أن الفرع (Odontoceti) يشكل مجموعة غير طبيعية وتتحدى السيناريو التقليدي للتاريخ التطوري الطويل والمستقل للـ (odontocetes) و (mysticetes). يبدو أن الفصيلة الفائقة (Delphinoidea) (الدلافين، خنازير البحر، والحيتان البيضاء) أحادية النمط؛ ودلفين نهر الأمازون، (Inia geoffrensis)، هو النوع الشقيق لها. هذا الدلفين النهري متباين جينيًا أكثر من الدلافين البحرية المشابهة شكلاً أكثر من ارتباط الحيتان العنبرية بالحيتان ذات الشفاه غير المتشابهة. تظل العلاقات النسبية بين العائلات الثلاثة ضمن (Delphinoidea) غير مؤكدة، ونقترح أن حدثي التطور اللذان نتج عنهما هذه التجمعات الثلاثة حدثا في فترة زمنية قصيرة جدًا. من بين الحيتان ذات الشفاه، تعتبر (بهيد) أساسية، والحوت الرمادي هو النوع الشقيق للـ (rorquals) (عائلة Balaenopteridae). يظل الموضع النسبى للحيتان ذات المنقار (Ziphioidea) مدعومًا بشكل ضعيف من البيانات الجزيئية. بناءً على افتراضات ساعة الحمض النووي، تشير بيانات الحمض النووي الميتوكوندري إلى أصل أكثر حداثة للحيتان ذات الشفاه (حوالي 25 مليون سنة مضت) مما تم افتراضه سابقًا (> 40 مليون سنة مضت). هذه الشجرة النسبية المنقحة لها تداعيات مهمة على معدل وطريقة تطور الابتكارات الشكلية والفيزيولوجية في الحيتانيات.