美国北卡罗来纳大学威尔明顿分校海洋动物学家冷冷的水中，海洋哺乳动物主要通过两类反应，即行为反应和生理反应， tt来保持核心体温。一种典型的行为反应就是迁徙——冬天，怀孕的露脊鲸 会从加拿大和美国新英格兰地区沿岸水域迁徙到佐治亚州和佛罗里达州沿岸较温 热的水域产仔。
而另一方面，大多数哺乳动物所拥有的庞大体型则是生理适应性 反应，这意味着身体表面积与体积之比相对较低。（随着三维物体的增大，物体 体积的增长率大于表面积的增长率。）由于皮肤是与外界环境交换热量的场所， 因而与庞大的发热身体组织相比，大型哺乳动物拥有的皮肤面积相对较小，这样 能更有效地保存身体热量。
海洋哺乳动物的身上还长有毛或海兽脂，或者两者兼有，因此拥有杰出的隔热能力。在所有已知的哺乳动物中，海獭的毛最浓密：据统计，它们每平方厘米表皮拥有丨3万根毛。处于干燥状态的毛隔热效果最好，因为它们能在皮肤表面截留一层空气，而空气是一种很好的绝热体。
相比之下，水则是一种高效热传 ^导体，在相同的温度下，水从体内带走热量的速度比空气快25倍。海獭身上的毛非常密实，甚至当它潜进水中时，也能在皮肤表面截留一层空气。
一直生活在水里或大多数时间在水中活动的哺乳动物更依靠海兽脂。这是 一种特殊的皮肤层，除了脂肪外，还含有胶原蛋白和弹性蛋白，它的隔热保热和 能量储存能力比人类脂肪大得多。
动物身上的海兽脂数量各不相同。新生鼠海豚 堆积的海兽脂最多，约占身体总质量的43%。
在某些情况下，营养不良或健康状况较差的海洋哺乳动物难以在数量和质 量上保护正常的海兽脂供给，因而有可能在极端温度环境下死亡。或者，当它们 被带到自然栖息地以外的地方，它们就可能在不适宜它们生存的环境中死亡。
海洋哺乳动物皮肤和其他哺乳动物皮肤一样，受温度传感神经细胞支配。 这些特殊动物肯定拥有感知温度的能力，且对温度刺激响应明显，但它们对传递 来的这种刺激感受如何——例如，它们是否感到不适——却是一个难以回答的 问题。