Los basilosáuridos, que florecieron en el Eoceno más tardío (hace unos 40 millones de años), ya tenían unas patas posteriores tan pequeñas, que acabaron desapareciendo. Eran totalmente acuáticos, con los miembros anteriores transformados en aletas y una cola muy similar a la de los actuales cetáceos. La relación entre los arqueocetos y los cetáceos más modernos no se conoce con certeza, si bien el registro fósil parece mostrar un vínculo entre los escualodontos del Eoceno superior (entre 42 y 38 millones de años atrás) y los odontocetos actuales, que son los cetáceos con dientes, es decir, el grupo que incluye los delfínidios y, por tanto, la orca.