دلفینها از جمله حیوانات بسیار باهوش به شمار میروند و هوش آنها در جنبههای مختلف زندگیشان مشهود است. یکی از نمونههای بارز این هوش، حافظه اجتماعی فوقالعاده آنهاست که طولانیترین حافظه ثبتشده در میان گونههای غیرانسانی محسوب میشود. این توانایی به دلفینها اجازه میدهد افراد مشخصی را که در گذشته با آنها آشنا بودهاند، حتی پس از جداییهای بیش از ۲۰ سال، به یاد بیاورند و شناسایی کنند.
دلفینها همچنین دارای سیستم ارتباطی پیچیدهای هستند و برای اهداف مختلف صداهای متفاوتی تولید میکنند. به عنوان مثال، آنها صداهای سریع کلیک مانند ایجاد میکنند تا از طریق پژواکیابی (اکولوکیشن) محیط اطراف خود را تشخیص دهند و از سوتها برای ارتباط با دیگر دلفینها و گاهی حتی گونههای دیگر استفاده میکنند. تحقیقات نشان میدهد که هر دلفین یک «سوت شناسنامهای» ویژه دارد که عملکردی شبیه به نام انسانها دارد و به دیگر دلفینها کمک میکند آن را شناسایی کنند.
علاوه بر این، دلفینها نشانههایی از خودآگاهی نیز از خود نشان میدهند، ویژگیای نادر در دنیای حیوانات که معمولاً تنها در نخستیسانان پیشرفته مانند انسانها و میمونهای بزرگ و همچنین برخی حیوانات دیگر، از جمله فیلها، مشاهده میشود. آزمایشها نشان دادهاند که دلفینهای بینیبطری میتوانند بازتاب خود را در آینه تشخیص دهند و این رفتار نشانهای از شناسایی خود به شمار میرود. دلفینها همچنین توانایی حل مسئله، استفاده از ابزار و شرکت در بازیهای پیچیده را دارند. یکی از نمونههای شناختهشده استفاده از ابزار، رفتار «اسفنجگذاری» است که در آن برخی دلفینها هنگام جستجوی غذا در کف دریا، اسفنجهای دریایی را روی پوزه خود میگذارند. این اسفنجها از بینی آنها در برابر ساییدگی محافظت میکند و امکان بررسی شن برای یافتن شکارهایی را فراهم میکند که دسترسی به آنها دشوار است.
دلفینها به خاطر انعطافپذیریشان در محیطهای طبیعی و تحت مراقبت انسانها نیز شناخته شدهاند. آنها میتوانند رفتارهای جدید را از طریق مشاهده و آموزش یاد بگیرند و انجام وظایف پیچیده در آزمایشگاهها و آکواریومها ثبت شده است. انعطافپذیری دلفینها به زندگی اجتماعی آنها نیز گسترش مییابد. برای مثال، دلفینها در گروههایی زندگی میکنند که عضویت در آنها انعطافپذیر است؛ اعضا روابط بلندمدت ایجاد میکنند اما ممکن است در طول زمان به گروههای دیگر بپیوندند یا از آنها جدا شوند. در برخی گروهها، مادهها برای مراقبت از تولهها با یکدیگر همکاری میکنند و نوعی «پرورشگاه مشترک» ایجاد میکنند که شبیه به مهدکودک برای دلفینهای جوان است، و نرها در برخی جمعیتها اتحادهایی تشکیل میدهند که به آنها در جفتگیری و دفاع کمک میکند.