Les éléphants de mer se nourrissent en mer, essentiellement de calmars mais aussi de poissons. Plongeurs admirables, ils vont chercher leurs proies à une profondeur pouvant dépasser 1 000 mètres. Chaque plongée dure entre 20 et 30 minutes, ce qui est remarquable pour un mammifère. Pour pouvoir effectuer de telles plongées et récupérer rapidement, les éléphants de mer mettent en jeu de complexes processus physiologiques, tel que la baisse de leur température au niveau des organes les moins utiles comme les viscères, et ainsi garder un maximum d'oxygène au profit des muscles propulseurs, du cœur et du cerveau.

Les éléphants de mer ne connaissent qu'un prédateur, l'orque, qui attaque et dévore les individus, quelle que soit leur taille.