Ambulocetus risale alla prima epoca dell'Eocene, circa 50 milioni di anni fa, quando gli antenati delle balene moderne stavano letteralmente immergendo le dita dei piedi nell'acqua: questo mammifero lungo, sottile e simile a una lontra è stato costruito per uno stile di vita anfibio, con cinghie, imbottito piedi e un muso stretto, simile a un coccodrillo.
Stranamente, un'analisi dei denti fossilizzati di Ambulocetus mostra che questa "balena ambulante" prosperava in laghi, oceani e fiumi d'acqua dolce e salata, una caratteristica condivisa solo con un singolo coccodrillo moderno proveniente dall'Australia (e senza balene o pinnipedi identificati).
Dato il suo aspetto snello e poco appariscente - non più di 10 piedi di lunghezza e 500 chili gocciolante bagnato - come fanno i paleontologi a sapere che Ambulocetus era ancestrale alle balene? Per prima cosa, le piccole ossa nelle orecchie interne di questo mammifero erano simili a quelle dei moderni cetacei, così come la sua capacità di deglutire sott'acqua (un adattamento importante data la sua dieta mangia-pesce) e i suoi denti simili a balene.
Ciò, oltre alla somiglianza di Ambulocetus con altri antenati di balene identificati come Pakicetus e Protocetus, sigilla praticamente l'affare cetaceo, sebbene i creazionisti e gli anti-evoluzionisti continueranno sempre a dubitare dello stato di collegamento mancante di questa "balena ambulante", e la sua parentela con bestie più recenti come l'enorme Leviatano.
Una delle cose strane di Ambulocetus e dei suoi parenti sopra menzionati è che i fossili di queste balene ancestrali sono stati scoperti nell'attuale Pakistan e India, paesi altrimenti non ben noti per la loro abbondanza di megafauna preistorica.
Da un lato, è possibile che le balene possano risalire ai loro antenati finali nel subcontinente indiano; dall'altro, è anche possibile che le condizioni qui fossero particolarmente mature per la fossilizzazione e la conservazione, e che i primi cetacei avessero una distribuzione mondiale maggiore durante l'epoca dell'Eocene.