座头鲸是以鳞虾这种体长还不到1厘米的小型甲壳动物为主要食物的，此外还有鳞鱼、毛鳞鱼、玉筋鱼和其他小型鱼类等。

它的嘴张开时，其特殊的弹性韧带能够使下腭暂时脱落，形成超过90度的角度，口的横径可达到4.5m，可以一口吞下大量的磷虾或较小的鱼类，但其食道的直径则显得大小，不能吞下较大的食物，这可能就是它只能吃小动物的原因之一。