形态：成体长11～15 m。最大体重超过35 t。灰鲸的粗壮程度介于露脊鲸科和须鲸科之间，体围比须鲸科的种类大，但比露脊鲸小。头部上面观为尖三角形，上颌中等弓形，上、下颌具触须。喉部有长约1．5 m的喉沟2～7条，使喉部在摄食时可以缩。无背鳍，沿后1／3的背部有一系列8～14个低的小圆突。鳍肢宽而呈桨状，梢端尖。尾叶后缘呈平滑的“S”形，具1个深的中央缺刻。体褐灰色至浅灰色，全身密布白色斑以及藤壶和鲸虱构成的白色至橙黄色斑，在头和尾部尤其多。仔鲸为黑灰色。上颌每侧有130～180块鲸须板，淡黄色，须毛很粗糙。鲸须板长(不含须毛)20～30cm。
头骨的吻突窄，中等弓形。鼻骨大，鼻部侧面有几个大的上颌骨孔。鳞骨颧突短而粗壮，颅骨侧壁凸入到颞窝中。额骨眶上突比露脊鲸的宽，但比须鲸科的窄。上颌骨基部在额骨眶上突的前方。侧枕突大而向后，枕髁大。7枚颈椎分离。
椎式：C7，T14，L12，Ca23=56。

鉴别特征：体围比须鲸科的种类大，但比露脊鲸小。无背鳍，沿后1／3的背部有一系列8～14个低的小圆突。体灰色，背面和腹面都遍布白色斑，并且通体都有白色至橙黄色的偏利共生物和外寄生物(藤壶和鲸虱)分布，构成灰鲸所特有的杂乱的色斑。鲸须板乳白色至淡黄色，厚而且粗糙。喉部有约1．5 m长的喉沟2～7条。

西北太平洋种群夏季在鄂霍次克海，秋季通过鞑靼海峡南下，到广东和海南省海域越冬。东北太平洋的种群夏季在楚科奇海、波弗特海和白令海，秋季通过乌尼马克海峡南下，沿海岸线至墨西哥的下加利福尼亚西岸越冬。
它们是所有大型鲸中最近岸的，一生中大部分时间生活在距海岸几十公里的范围内。灰鲸多为小群，通常不超过3头，但洄游时有时集成达16头的群，在摄食和繁殖场常见到更大的群。常作跃水、探头及其他的空中行为。夏季大多在楚科奇海、白令海和鄂霍次克海浅水的沿岸区域生活。秋季向南洄游。据 Omura(1988)分析，西北太平洋的灰鲸通过鞑靼海峡，循俄罗斯东部沿岸南下至朝鲜半岛南端后，向西横渡东海至中国沿岸，再继续南下到达在南海的产仔场；一部分灰鲸进入黄海，沿朝鲜半岛西岸至辽宁近海后，再继续南下。洄游时正常游泳速度为每小时6～8 km，受惊时可达每小时16 km。喷潮浓密，从前方或后方看呈心形，，高不超过3～4 m。灰鲸性成熟的年龄平均为8年，妊娠期约13．5个月，新生仔鲸体长约4．5～5 m。仔鲸约在7月龄时断乳。它们主要在浅水的大陆架水域摄食底栖动物，在其胃含物中最多的是端足类的太平洋平钩虾 Anonyx nugax、二叉航海钩虾 Pontoporeia femorata、大头双眼钩虾 Ampeliscamacrocephala、广布双眼钩虾 A．eschrichti 等，但很少见到蠕虫类和软体动物。偶而在胃含物中发现鱼类和蟹类幼体。
灰鲸的体表有很多外寄生物和偏利共生物。几乎每头灰鲸身上都有灰鲸隐藤壶Cryptolepas rhachianecti，大部分个体都有斯氏鲸虱 Cyamus scammoni、鲸虱 C．ceti 和凯氏鲸虱 C．kessleri 寄生。另一方面，感染内寄生物的个体很少。已报道的内寄生物有在肝内的吸虫类 Lecithodesmus goliath，胃内的简单异尖线虫 Anisakis simplex，肠内的畦胃吸虫 Ogmogaster、绦虫类 Priapocephalus 和棘头虫类的球茎体棘头虫 Bolbosoma等。
染色体组2n=44，18条中着丝粒染色体，10条亚中着丝粒染色体，6条亚端着丝粒染色体，8条近端着丝粒染色体。性染色体中x为亚中着丝粒染色体，Y 未见报道(Arnason，1981)。
1966年间在朝鲜海域的小规模捕猎使这个种群未能得到恢复。2001年时估计现存的不到100头。东北太平洋种群也曾在1854～1865年间遭到严重捕杀，所幸自1937年开始保护后逐渐得到恢复。据国际捕鲸委员会(IWC)的统计，1987～1988年时约有21 000头；根据1997～1998年的调查，估计现存的约26 600头。在《2000 IUCN 受胁物种红色名录》中，西北太平洋种群被列为极危(CR)，东北太平洋的种群被列为低危(LR)等级。

国外分布于北太平洋。

渤海：山东(隍城岛)，黄海：辽宁(金县、庄河、大长山岛)、山东(烟台)，东海：浙江(舟山群岛)、福建(晋江)，南海：广东(大亚湾、徐闻)、香港。