Длина кишечника превышает длину тела в 4-5 раз (у гангского дельфина и бутылконоса), в 12-16 раз (у кашалотов) и даже в 32 раза (у лаплатского дельфина). Кал всегда жидкий. Желудок способен растягиваться и вмещать у синих китов до 1,5 т, у финвалов до 1 т, у сейвалов до 0,5 т рачков.

У большинства китов питание специализировано, и среди них встречаются планктофаги, теутофаги, ихтиофаги и сакрофаги. Кормятся массовой или штучной добычей.Киты заглатывают пищу целиком и поглощают в сутки до тонны корма. У кашалота глотка очень широкая, так что он может свободно проглотить человека, но у усатых китов она гораздо уже и пропускает разве что мелкую рыбу. Кашалот питается главным образом кальмарами и часто кормится на глубине более 1,5 км, где давление превышает 100 кг/см2. Косатка – единственный представитель отряда, регулярно поедающий не только рыб и беспозвоночных, но и теплокровных животных – птиц, тюленей и китов.

Добычу китообразные заглатывают обычно только живую, целиком, без пережевывания; зубатые киты – "хватальщики" хватают ее поодиночке, удерживая зубами, или движением языка всасывают лишь по несколько рыб в один прием. Усатые киты – "фильтровальщики" добывают пищу сразу большими партиями и процеживают ее через китовый ус. Китообразные очень прожорливы. Желудок их многокамерный, состоит из трех основных отделов. Первый отдел (безжелезистый) – с ороговевшим наружным слоем эпителия – представляет собой нижнее (у некоторых видов двураздельное) выпячивание пищевода и служит для мацерации (размягчения) и механической обработки пищи. Второй отдел (кардинальный) – иногда дву-, трехраздельный, складчатый, сильно растяжимый – обильно снабжен железистыми клетками, выделяющими пищеварительные соки с пепсином и соляной кислотой. В первом и во втором отделах бывают окатанные и твердые булыжники и галька, которые играют роль жерновов. Третий отдел (пилорический) представляет собой расширенную переднюю часть двенадцатиперстной кишки.