與身軀比較,抹香鯨的頭部顯得不成比例的重而大,具有動物界中最大體積的腦,而尾部卻顯的短小,這使得抹香鯨的身軀比例則頭重尾輕。成年雄鯨的頭部特別明顯,佔身軀全長的四至三分之一,側看外表大致呈方體。它的鼻孔就位於這個巨大的長方體頂部左前方的兩側。抹香鯨只有左側鼻孔暢通用來呼吸,而右側的鼻孔則天生阻塞,因此抹香鯨在浮出水面呼吸時,噴氣柱以約45°角向左前方噴出; 這獨特容易辨別的抹香鯨噴氣,在距離兩公里外的海面即可輕易辨識。抹香鯨的下頷短小且狹窄,似棒狀,長度要比頭部的上頷短,周邊有白色的唇線,由側面觀看時不易分辨。它的下頜雖小但骨骼結實且強有力。下顎內側有二十至二十六對大而呈圓錐狀的牙齒,上顎沒有外露的牙齒,僅有埋於牙齦中小齒,或僅具牙槽。抹香鯨的牙齒為圓錐狀,成年鯨魚每顆牙齒可長達20公分重約1公斤,抹香鯨主要靠吸食吞入魷魚,牙齒在進食的功能上不強,而可能更多用在個體間的打鬥。此外,像其他的齒鯨一樣,抹香鯨的牙齒切片也具有一明一暗的齒質組成,可用作推估年齡。

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