Il capodoglio (Physeter macrocephalus) adulto raggiunge un massimo di 18 m di lunghezza, mentre, contrariamente a quanto accade per balene e balenottere, la femmina è notevolmente più piccola, raggiungendo i 10-11 m.

Per quel che riguarda il peso può raggiungere le 80 tonnellate. Come si vede, il capodoglio è di gran lunga il più grande tra gli Odontoceti ma è anche il più massiccio tra tutti i cetacei. La testa, rappresenta circa un terzo della lunghezza totale ed è conformata come una sorta di scatola, concava nella parte superiore e convessa ai lati.Uno dei caratteri che, anche a grande distanza, permettono di distinguere il capodoglio dalla balena, è la forma del muso troncato di netto nella parte anteriore. La bocca è stretta, ma di taglio tanto allungato da raggiungere e superare il margine posteriore dell'occhio. Solo la mandibola, stretta e lunga, è armata di potentissimi denti, da 20 a 27 per ogni lato, conici nei giovani, assai consumati al vertice negli adulti, lunghi sino a 20 cm e del peso di circa 500 g ognuno. Quando l'animale chiude la bocca, gli enormi denti trovano alloggio nelle corrispondenti cavità della mascella che, normalmente priva di denti, può a volte presentarne pochi rudimenti, lunghi appena 4 o 5 cm.

La lingua, color bianco perlaceo, occupa la cavità orale; nella parte superiore del muso, leggermente spostato sulla sinistra, si apre l'unico sfiatatoio, lungo circa 30 cm, da cui la caratteristica colonna di vapore esce obliquamente in avanti, anziché in verticale come nelle balene. Gli occhi, piccoli, sono posti al di sopra dell'apertura auricolare. Le ossa del cranio sono asimmetriche; al di sopra del mascellare vi è uno spesso strato di tessuto adiposo su cui poggia, in corrispondenza del dotto nasale destro, un grande sacco dalle pareti fibrose, una sorta di serbatoio in cui è contenuta una sostanza oleosa, incolore e trasparente, chiamata spermaceti. In passato, si credette che tale sostanza costituisse lo sperma dell'animale, da cui il suo nome, mentre altri asserivano trattarsi di sostanza cerebrale, attribuendole ogni sorta di facoltà magiche. In realtà, la funzione dell'organo che produce lo spermaceti non è ancora bene accertata: probabilmente agisce sul meccanismo di chiusura dello sfiatatoio durante le immersioni profonde e ha anche una funzione idrostatica, per favorire il galleggiamento del cetaceo. Lo spermaceti è costituito, in massima parte, di estere etilico dell'acido palmitico, più noto come cetina.

A contatto con l'aria, questa sostanza oleosa si solidifica, assumendo una colorazione bianca dalla consistenza di cera molle. Un individuo adulto di grossa mole può fornire da un minimo di 700 a un massimo di 5000 kg di olio. Le pinne pettorali sono piuttosto modeste rispetto alle dimensioni del corpo, raggiungendo i 2 m di lunghezza e 1 m di larghezza, solo in individui di dimensioni superiori alla media. La pinna caudale è larga oltre 4 m, mentre la dorsale manca completamente, sostituita, nel terzo posteriore del corpo, da alcune gibbosità.

Nell'intestino del capodoglio, infine, è presente, sotto forma di concrezioni, una sostanza molliccia, untuosa, di colore variabile, ma più spesso grigiastro, di odore sgradevolissimo che, con l'andar del tempo, assume, peraltro, un sentore caratteristico e che viene usata come fissatore per le essenze di fiori impiegate nella fabbricazione dei profumi. Tale sostanza, detta comunemente ambra grigia, proviene dalla secrezione delle ghiandole cutanee dei cefalopodi di cui il capodoglio si nutre. L'ambra grigia viene rigettata o espulsa dal cetaceo e, solidificandosi, galleggia sull'acqua, spesso trasportata sulle spiagge dalle correnti, in blocchi del peso anche di molti chili, della consistenza di un formaggio molto duro e che, al taglio, si presenta marmorizzata. Tutto il corpo del capodoglio è ricoperto di pelle liscia, a eccezione di poche e poco profonde pieghe della regione golare. Il colore della pelle è quasi nero superiormente, grigiastro ai lati e bianco nella regione ventrale.

Negli individui più vecchi, la pelle, anche nella parte anteriore del capo, si schiarisce verso il grigio, mentre, lateralmente al muso sono presenti, in alcuni casi, lunghe strisce biancastre, che si ritiene siano formazioni cicatriziali. Oltre a nuotare in superficie, il capodoglio può immergersi fino a grandi profondità; per tale motivo è stato costretto a modificare, nel corso della sua evoluzione talune caratteristiche anatomiche e fisiologiche. La riproduzione del capodoglio avviene in modo simile a quella delle balene.

L'accoppiamento puo avere luogo in qualsiasi periodo dell'anno e, di regola, nasce un solo figlio, per quanto, contrariamente a quanto accade nella balena, non sia improbabile il caso di parti gemellari. Ancora diversamente dalla balena, il capodoglio è poligamo; infatti, i più piccoli branchi sono composti, di norma, da un maschio adulto, da giovani e da un certo numero di femmine.

La gestazione della femmina del capodoglio dura da 12 a 16 mesi. Alla nascita, il neonato misura circa 4 m di lunghezza e la madre lo allatta ponendosi su un fianco, e fornendo, così, al figlio la possibilità di attaccarsi ai capezzoli, situati lateralmente all'apertura vaginale. Come nelle balene, la mammella è collegata ad appositi muscoli che, premendo le ghiandole mammarie, provocano l'uscita del latte direttamente nella bocca del piccolo.

L'allattamento dura circa 6 mesi e al momento dello svezzamento il piccolo ha raggiunto i m 6,50. I capodogli vivono quasi esclusivamente in branchi di varia entità; spesso gli animali nuotano tutti alla stessa velocità (circa 20 km orari) e alternano la navigazione in superficie con tuffi in profondità, compiuti in perfetta sincronia da tutti i componenti. In genere, il capodoglio resta in superficie per una decina di minuti, compiendo da 60 a 70 atti respiratori, per poi rituffarsi e rimanere immerso anche per un'ora. Può spingersi oltre i 1000 m, dove le acque marine sono calme, l'oscurità è completa e costante e i grandi mammiferi possono dedicarsi alla caccia con piena sicurezza. Può succedere tuttavia che alcuni animali rimangano impigliati nei cavi sottomarini e muoiano quindi per mancanza di ossigeno. Loro alimento preferito sono i cefalopodi, soprattutto le specie abissali. Navigando in immersione, con la bocca spalancata, il cetaceo compie una sorta di aratura del fondo, catturando qualunque essere vivente si trovi nella melma e la sabbia o navighi a poca altezza da esse: le malcapitate prede vengono stritolate dai possenti denti e ingoiate. Seppie, calamari e polpi, anche di dimensioni gigantesche, scompaiono, così, nel formidabile stomaco del capodoglio, e non è raro il caso che la sua caccia sia diretta anche contro pesci assai grandi. Secondo molti autori, formidabili lotte avrebbero luogo nelle profondità degli abissi marini, tra questi cetacei e le loro vittime, soprattutto con i giganteschi cefalopodi del genere Architeuthis, calamari giganti, che possono essere lunghi anche 17 m, di cui almeno 10 rappresentati dai tentacoli e 7 dal corpo. La migliore difesa di questi cefalopodi contro il cetaceo è rappresentata dai poderosi tentacoli, ricoperti di innumerevoli ventose.

Il capodoglio è un animale essenzialmente tropicale Pare accertato che, per ragioni misteriose, in certi periodi dell'anno i maschi seguano una rotta diversa da quella delle femmine e dei giovani, incontrandosi con essi nelle acque del Pacifico due volte all'anno, per separarsi nuovamente dopo qualche settimana dividendosi, questa volta, in due raggruppamenti che gli Americani chiamano games, in cui si ritrovano individui di età e sesso diversi. Quindi, tali gruppi si fondono ancora una volta in zone particolari, formando branchi di notevole entità.

La ragione di questi complessi spostamenti sembra dipendere dalle migrazioni dei branchi di cefalopodi i quali, a loro volta, seguono quelle dei pesci pelagici i quali sono costretti, dal canto loro, a recarsi là dove si moltiplicano e si riproducono masse considerevoli di microscopiche diatomee e di foraminiferi. I viaggi dei capodogli, infine, sono pure subordinati alle correnti, allo stato dei ghiacci sulle calotte polari, ecc.

I capodogli preferiscono le acque tropicali e la loro maggiore zona di diffusione comprende tutti gli oceani e tutti i mari fra il 40° di latitudine nord e sud. Nel corso delle loro vaste migrazioni essi possono, tuttavia, spingersi anche in acque fredde, sia più a nord, sia più a sud. E' certo ormai che all'interno del bacino del Mediterraneo si riproducano, in particolare,importantissima appare l'area dell'Arcipelago delle Eolie, che presentando fondali ripidi e profondità elevate, garantisce una costante presenza di cefalopodi anche di grandi dimensioni. Un cospicuo numero di esemplari venne recentemente segnalato al largo di Catania (nel febbraio del 2007) da ricercatori dell'istituto di fisica nucleare dell'università della città siciliana, tramite la stazione sperimentale Onde (Ocean Noise Detection Experiment), costruita nell'ambito del progetto NEMO.