Les Odontocètes se nourrissent d’une grande diversité de proies tels que des écrevisses, des crustacés benthiques, mollusques, calmars, poissons, reptiles, oiseaux et mammifères.

On peut distinguer les ichtyophages qui mangent essentiellement des poissons, les teutophages qui mangent des céphalopodes, et les sarcophages qui se nourrissent de poissons et aussi de reptiles, oiseaux et d’autres espèces de cétacées.

Mais, c’est la disponibilité de la nourriture qui conditionne les habitudes alimentaires des cétacés. Par exemple, le dauphin commun mange des calamars, des seiches, et des crevettes, mais l'essentiel de sa nourriture est composée de sardines et de harengs. On le voit souvent surgir lorsque ceux abondent dans les eaux côtières d'Afrique du Nord, et disparaître en hiver lorsque les bancs ont diminué ou sont partis. Les dauphins se dirigent alors vers des eaux plus riches, souvent en troupeaux de plusieurs centaines d'individus.