De las grandes ballenas es la única que presenta varamientos con alguna regularidad. Los sonidos que emite para comunicarse (cada individuo presenta una secuencia diferente) pueden desplazarse hasta 10 km, y varios grupos dentro de un área pueden formar una unidad social, que se mantiene en contacto a través de sus vocalizaciones.
Se sumerge a profundidades de más de 1,500 metros por periodos de una hora y media o más. Rara vez se encuentra en aguas de menos de 200 metros de profundidad.
Los machos miden hasta 18 m. y las hembras hasta 12 m. Tiene un soplo pequeño y espeso. Es de color gris castaño oscuro, más claro en el vientre.
Es sociable y viaja en grupos de alrededor de 50 individuos, aunque se han observado manadas de más de 300 individuos.
Es fácil de identificar porque tiene una cabeza rectangular enorme, que constituye una tercera parte de la longitud del cuerpo. Es un odontoceto (tiene dientes), con los que se alimenta de peces y calamares.

Habita en todo el mundo. Al parecer pertenece a una población del Pacífico tropical. Hay inicios de que solo los machos adultos y subadultos migran hacia altas latitudes.
Las hembras y los jóvenes permanecen dentro de los trópicos. Se han detectado movimientos de cachalotes entre las Islas Galápagos y el Golfo de California a lo largo del año.