Второй подкласс хрящевых рыб, цельноголовые, объединяет странных видом и анатомией морских рыб, соединяющих в себе некоторые черты костных и хрящевых рыб и поэтому названных химерами. (Так греки именовали сказочных созданий, составленных из частей разных животных. Пример типичной химеры — сфинкс.) Верхняя челюсть приросла к черепу (отсюда — «цельноголовые»). Хорда сохраняется в течение всей жизни. Зубы, как у двоякодышащих рыб, слились в перетирающие пищу пластины. Спинной плавник с ядовитым шипом, укол которого может быть опасным для человека. Хвостовые плавники многих химер вытянуты длинным шнуром, похожим на крысиный хвост, отчего рыбаки называют этих рыб «морскими крысами». У самцов на лбу и на брюхе развиваются особые «держатели» — выросты с крючками и шипами, которые удерживают самку при копуляции. Нередко химеры откладывают только два крупных яйца, заключенных в плотную роговую оболочку, как у акул и скатов.
Около 30 видов обитают во всех, кроме приполярных, океанических водах (один вид — и в Средиземном море), на малых и больших глубинах. Кормятся в основном раками, моллюсками, иглокожими. Мясо химер в некоторых странах едят, но обычно в медицине, а также для смазки приборов и оружия используется жир из печени, которая у некоторых химер весит лишь втрое меньше самой рыбы. Размеры химер — от полуметра до двух метров.