Le grand cachalot (Physeter macrocephalus), communément appelé cachalot et parfois cachalot macrocéphale, est une espèce de cétacés à dents de la famille des physétéridés et unique représentant actuel de son genre, Physeter.

Il est l'une des trois espèces encore vivantes de sa super-famille, avec le cachalot pygmée (Kogia breviceps) et le cachalot nain (K. simus). Il a une répartition cosmopolite, fréquentant tous les océans et une grande majorité des mers du monde. Cependant, seuls les mâles se risquent dans les eaux arctiques et antarctiques, les femelles restant avec leurs jeunes dans les eaux plus chaudes.

- Le mâle peut atteindre plus de vingt mètres de long, faisant de l'espèce le plus grand carnassier au monde. À elle seule, la tête peut représenter le tiers de la longueur de l'animal. Ce mammifère se nourrit en grande partie de calmars, ainsi que de poissons, en des proportions variables selon l'emplacement géographique.
- Il est connu pour ses records de plongée en apnée, atteignant les trois mille mètres de profondeur, performance inégalée chez les mammifères. Ses vocalisations en cliquetis sont le son le plus fort produit par un animal, mais leur utilité est encore incertaine.

- Les cachalots se rassemblent en groupes nommés "pods". Les femelles vivent avec leurs jeunes, séparément des mâles, et s'entraident pour protéger et allaiter les juvéniles. Elles mettent bas tous les trois à six ans et s'occupent de leur progéniture durant plus d'une dizaine d'années.

- Certains mâles adultes mesurant jusqu'à 20,5 m de long et pesant jusqu'à 57 tonnes, le cachalot est le plus grand des cétacés à dents. À titre de comparaison, les deuxièmes plus grandes baleines à dents, les bérardies, mesurent 12,8 m pour un poids allant jusqu'à "seulement" 15 tonnes. Le Nantucket Whaling Museum possède ainsi une mandibule de 5,5 m de long, provenant d'un individu mesurant, par extrapolation, 24 m de long. Le spécimen qui aurait coulé l'Essex (l'un des incidents derrière la légende de Moby Dick) a été décrit comme mesurant 26 m de long. Nonobstant, ces individus "hors normes" deviennent rarissimes, la chasse à la baleine systématique ayant conduit à une diminution de leur taille moyenne : les grands mâles étaient très recherchés, surtout après la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, ceux-ci ne dépassent généralement pas 18,3 m de longueur ou une masse de 51 tonnes.

- Le dimorphisme sexuel chez l'espèce est l'un des plus marqués parmi tous les cétacés. À la naissance, les représentants des deux sexes sont à peu près de la même taille, mais les mâles adultes sont généralement 30 % à 50 % plus longs et jusqu'à trois fois plus lourds. En effet les femelles pèsent en moyenne 14 tonnes pour 11 m de long alors que les mâles pèsent, également en moyenne, 41 tonnes pour 16 m de long.

L'énorme tête de l'animal est très distinctive. Quasiment parallélépipédique, elle représente près du tiers du cétacé et peut peser 16 tonnes. L'évent est situé très près de l'extrémité de la tête et est déporté sur le côté gauche. Cela donne au souffle de l'animal un angle de pulvérisation caractéristique, orienté à la fois vers l'avant et vers la gauche, cas unique chez les cétacés.

- La queue de l'animal est triangulaire et fendue. Très épaisse et puissante, elle mesure jusqu'à 4 m de large et le cétacé la lève hors de l'eau lorsqu'il plonge. Le cachalot n'a pas de nageoire dorsale à proprement parler, mais une série de crêtes sur le tiers postérieur du dos.

RESPIRATION ET PLONGÉE : Les cachalots sont, devant les baleines à bec et les éléphants de mer, les mammifères marins plongeant le plus profondément. Ce cétacé peut rester immergé durant 90 minutes et on a démontré, grâce à des enregistrements vidéo, que les cachalots mâles peuvent atteindre les trois kilomètres de fond. Du reste, l'analyse des contenus stomacaux laisse à penser qu'ils pourraient atteindre la profondeur abyssale de 3.500 m. Pour autant, l'animal chasse généralement entre 300 m et 1000 m, les plongées typiques ayant une profondeur moyenne de 400 m pour une durée de 35 minutes. Dans ces grandes profondeurs, des cachalots se sont d'ailleurs emmêlés dans les câbles téléphoniques transocéaniques, provoquant leur noyade. Horizontalement, sa vitesse de croisière ne dépasse pas 8 km/h, mais il peut faire des pointes jusqu'à près de 30 km/h.
Le cachalot présente plusieurs adaptations pour faire face aux énormes différences de pression lors de ses plongées. La cage thoracique flexible permet d'éviter l'écrasement des poumons et le métabolisme peut être ralenti (bradycardie) pour économiser l'oxygène. Les veines sont grosses et élastiques, les retia mirabilia peuvent stocker de grandes quantités de sang et combler les vides créés par la compression de l'air. La myoglobine, qui stocke l'oxygène dans les tissus musculaires, est beaucoup plus abondante que chez les animaux terrestres. Pour comparaison, chez un cachalot, on trouve 5,7 g de myoglobine pour 100 g de muscle, contre 0,5 g chez l'homme. Le sang a un taux élevé de globules rouges qui contiennent l'hémoglobine transportant l'oxygène. Le sang oxygéné peut être redirigé vers le cerveau et d'autres organes essentiels quand le niveau d'oxygène général décroît. L'organe du spermaceti peut également ajuster la flottabilité.
Bien que les cachalots montrent de telles adaptations, les plongées répétées à de grandes profondeurs ont toutefois des effets à long terme. Des lésions aux os, dues à des bulles d'azote mal éliminées et creusant de petites cavités, sont les séquelles de maladies de décompression, comme celles retrouvées chez les humains. Les squelettes âgés présentent davantage de ce type de nécroses, tandis que les jeunes ne présentent aucune lésion. Ces observations indiqueraient que les cachalots sont également sujets aux accidents de décompression et qu'une remontée trop rapide vers la surface pourrait leur être fatale.
Entre les plongées, le cachalot fait surface pour respirer durant généralement huit minutes avant de replonger. Comme les autres odontocètes (ou baleines à dents), le cachalot respire par un seul évent, d'une vingtaine de centimètres et en forme de S, mais chez le cachalot, cet évent unique résulte de la fusion de deux conduits. L'animal respire 3 à 5 fois par minute au repos, et 6 à 7 fois par minute après une plongée. Le souffle est bruyant, constitué d'un jet simple pouvant s'élever jusqu'à 15 m au-dessus de la surface de l'eau, ainsi que pointant vers l'avant et la gauche selon un angle de 45°. Femelles et juvéniles respirent en moyenne toutes les 12,5 secondes avant de plonger, contre une moyenne de 17,5 secondes pour les grands mâles. La vitesse du cachalot avoisinerait les 7 km/h pour une remontée effectuée à 9 km/h : en près d'un quart d'heure, l'animal aurait le temps de descendre à un kilomètre de profondeur et d'en remonter.

Avec une masse moyenne de huit kilogrammes, le cerveau du cachalot détient le record de masse du monde animal actuel et même fossile. Cependant, le cachalot a un coefficient d'encéphalisation plus faible que de nombreuses autres espèces de baleines et dauphins, encore inférieurs à celui des singes anthropoïdes et beaucoup plus faible que celui de l'humain. Son intelligence et ses capacités cérébrales sont très mal connues, car il est très difficile de l'étudier vivant. Les recherches actuelles laissent penser qu'il passe beaucoup de temps dans un demi-sommeil ponctué de rêves, se laissant dériver de longues heures. Il semble qu'il dorme souvent à la verticale, la tête en bas.

CYCLE DE VIE ET REPRODUCTION : Les cachalots, qui peuvent vivre jusqu'à plus de 70 ans, sont un excellent exemple d'espèce à stratégie K. La stratégie K est une stratégie de reproduction liée à un environnement stable, un faible taux de natalité, une aide importante des parents apportée à la descendance, la maturation lente et une longévité élevée.
Leur manière de choisir leur partenaire n'a pas été définitivement établie. Il est prouvé que les mâles possèdent des relations hiérarchiques et il est également prouvé que le choix des femelles a une influence sur l'accouplement. Les mâles se livrent à de violents combats de janvier à juin pour établir leur dominance avant la saison de reproduction. Le pénis est rétractable, invaginé au repos, et les testicules sont internes pour favoriser l'hydrodynamisme. Les mamelles se situent dans des sillons latéraux de chaque côté de la vulve. Après une gestation de 14 à 16 mois, la femelle met bas d'un unique jeune de 4 m et de plus d'une tonne, de couleur plus claire que les adultes. Pour prévenir des attaques d'orques ou de grands requins, les jeunes restent constamment aux côtés de leur mère, sauf si celle-ci plonge profondément. La période de lactation dure généralement de 19 à 42 mois, mais les jeunes peuvent téter jusqu'à 13 ans, parfois même auprès d'autres que leur mère. Les femelles ont généralement des intervalles entre les naissances de trois à six ans. Les jeunes sont nourris d'un lait quinze fois plus gras que le lait de vache et mettent sept à huit ans pour doubler de longueur.
Les femelles atteignent leur maturité sexuelle entre 7 et 13 ans, tandis que les mâles l'atteignent à partir de 18 ans. Après avoir atteint la maturité sexuelle, ces derniers se déplacent vers les hautes latitudes où l'eau est plus froide et les ressources alimentaires sont plus abondantes alors que les femelles sont plutôt sédentaires et restent à des latitudes plus basses. Elles sont seulement rejointes par les mâles pour copuler entre la fin de l'hiver et le début de l'été. Ce semi-grégarisme est à l'origine d'un brassage génétique plus important des matériels mâles. Les mâles atteignent leur taille adulte à environ 50 ans et peuvent alors constituer un groupe et s'accoupler.

Le grand cachalot (Physeter macrocephalus) est le plus gros de la famille des baleines à dents (odontocètes) à laquelle appartiennent les dauphins et les orques.

Les plus grands mâles mesurent plus de 20 mètres de long pour 70 tonnes. La tête représente plus d'un tiers de sa masse et plus du quart de sa longueur. Ce mammifère est le champion toute catégorie de l'apnée, capable d'atteindre 3000 mètres de profondeur et de rester 2 heures sans respirer. Il bénéficie pour cela d'adaptations physiologiques qui, pour certaines, sont uniques dans le rèqne animal. Ainsi l'organe à spermaceti qui lui permet d'aller chasser à grande profondeur sa nourriture principale, constituée de calmars géants pesant plusieurs centaines de kilos.