Prva stvar koju treba primijetiti na sljedećemu dijagramu jest da su nilski konji najbliži živući rođaci kitova, ali nisu njihovi prethodnici. Zapravo, niti jedna životinja na dijagramu nije izravan prethodnik bilo koje druge životinje prikazane na dijagramu i zato svaka od njih pripada posebnoj grani evolucijskoga stabla.
Nilski su konji, kao i kitovi, velike i vodene životinje, ali su te dvije skupine razvile ove karakteristike neovisno jedna o drugoj. To znamo zato što drevni rođaci nilskih konja, nazvani anthracotheres (nisu na dijagramu), nisu bili ni vodene ni velike životinje, kao što to nisu bili ni pretci kitova koje vidimo na dijagramu (poput Pakicetusa). Nilski konji najvjerojatnije su evoluirali iz porodice anthracotheresa prije otprilike 15 milijuna godina. Prvi kitovi evoluirali su prije više od 50 milijuna godina, a predak obiju vrsta živio je na kopnu.
Prvi kitovi, poput Pakicetusa, bili su tipične kopnene životinje. Imali su dugačke lubanje i velike zube kakve imaju mesojedi. Izvana nimalo nisu izgledali kao kitovi. Ipak, njihove lubanje – pogotovo područje kod uha koje je bilo okruženo koštanim zidom – jako nalikuju lubanjama živućih kitova i razlikuju se od lubanja drugih sisavaca. Često naizgled male karakteristike mogu dati ključan dokaz koji bi povezao životinje koje su dobro opremljene za njihov način života (poput kitova) i njihove srodnike manje ekstremnoga izgleda.
U usporedbi s drugim starijim kitovima, kao što su Indohyus i Pakicetus, Ambulocetusi su izgledali kao vodene životinje. Njihove su noge bile kraće, ruke i stopala bila su velika poput vesla, a imali su i dulje i mišićavije repove. Pretpostavka da su Ambulocetusi bili vodene životinje može se poduprijeti dokazom kojega je pokazala stratigrafija – fosili Ambulocetusa dobiveni su iz sedimenta koji je vjerojatno tvorio staro ušće rijeke te iz izotopa kisika u njihovim kostima. Životinje su ono što jedu i piju, a slana i slatka voda imaju različitu razinu izotopa kisika. To znači da možemo znati koju su vodu životinje pile proučavajući koji su izotopi ugrađeni u njihove kosti i zube dok se razvijaju i rastu. Izotopi pokazuju da su Ambulocetusi pili i slanu i slatku vodu, što se uklapa u teoriju da su ove životinje živjele u zaljevima i estuarijima između slatke vode i oceana.
Kitovi koji su evoluirali nakon Ambulocetusa (Kutchicetusi itd) pokazuju još više razine izotopa kisika slane vode, što navodi na zaključak da su nastanjivali obalno područje i da su mogli piti slanu vodu, kao što to mogu i današnji kitovi. Te životinje imaju nosnice koje su se tijekom evolucije pomicale od njuške prema zadnjem dijelu tijela, što je vidljivo i kod današnjih kitova kod kojih se nosnica nalazi na vrhu glave između očiju.
Ovi više vodeni kitovi mijenjali su se na način koji ukazuje na blisku povezanost s današnjim kitovima. Primjerice, njihova se zdjelica tijekom evolucije smanjila i odvojila od kralježnice. To može biti povezano s povećanim korištenjem čitave leđne koštane strukture, uključujući leđa i rep koji su zaduženi za kretanje. Ako gledate filmove s dupinima i kitovima, primijetit ćete da plivaju pomoću repne peraje koja je postavljena vodoravno, a ne okomito kao kod riba. Kako bi plivali, dupini svoj rep pomiču gore-dolje, a ne lijevo-desno kao ribe. Razlog tome je činjenica da su se kitovi razvili od kopnenih sisavaca čija se kralješnica nije savijala u stranu, nego gore-dolje. Ovo se može primijetiti kod pasa u trku – njihova se kralješnica valovito pomiče gore-dolje. To je slučaj i kod kitova dok plivaju, čime dokazuju svoje kopneno nasljedstvo.
Dok kitovi plivaju savijajući svoje tijelo, druge promjene u njihovome kosturu omogućavaju im da svoje udove koriste za usmjeravanje više nego li za plivanje i postizanje brzine. Činjenica da su ondašnji kitovi imali sličnu strukturu kralježaka u repu kao i današnji ukazuje na to da su rani kitovi poput Dorudona i Basilosaurusa imali repne peraje. Takve promjene u kosturu, koje omogućavaju život u vodi, posebno su vidljive kod basilosaurida, poput Dorudona. Ovi stari kitovi evoluirali su prije više od 40 milijuna godina. Mogli su “zaključati” svoj lakatni zglob omogućavajući tako svojim prednjim udovima postizanje bolje kontrole u vodi i opirući se otporu vode dok plivaju. Zadnje udove ovi kitovi gotovo i nisu imali. Bili su toliko maleni da znanstvenici smatraju da nisu imali nikakvu funkciju, a moguće je i da su bili smješteni unutar tijela. Povremeno znanstvenici naiđu na živućega kita s naznakama malih zadnjih udova unutar tijela.
Takvi ostatci zadnjih udova dokaz su da basilosauridi potječu od kopnenih životinja. Od kostiju uha do kostiju gležnja, kitovi pripadaju nilskim konjima i drugim papkarima.
Središnje kosti gležnja (astragali) triju papkara. Mogu se vidjeti dvostruki zglobovi usmjereni prema kostima nogu.
Zadnje stopalo basilosaurida. Vidljivo je kako ima čitav gležanj i nekoliko kostiju prsta, iako nisu mogli hodati. Basilosaurid astragalus ima zglob i kukasti čvor usmjeren prema kostima noge kao kod papkara, dok su druge kosti gležnja i stopala spojene.
