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雌性虎鲸在繁殖后代上投入了大量精力。它们的妊娠期将近18个月，分娩和哺乳期12个月。在这段时间里，母亲们教它们的仔鲸去狩猎，并将其后代领入社交网络中。由于这些动物不是一夫一妻制，因此可以认为父亲交配后不参与养育。当仔鲸出生在群体中时，它依靠其母亲来获得营养和支持。独立后，仔鲸仍留在它们出生的族群中。在出生后的1-2年内，幼仔在饥饿或者呼唤雌兽时，只能发出粗厉的声音。以后随着年龄的增长逐渐模仿成体的声音，改进和丰富自己的叫声，但由于虎鲸的语言复杂而多变，幼仔要完全掌握成体的“语言”，至少需要花上5年多的时间。平均寿命估计达80-90年。雄性约在15龄达性成熟，平均寿命约29年，最大寿命约50-60年。
虎鲸族群似乎是由许多亚族群组成，各自适应于其栖息环境，由此点看来，虎鲸与狼群非常相似。部分学者认为，不同族群的虎鲸之间在形态、基因、生态、与习性上皆存在差异，似乎可区分出不同亚种甚至是新物种。
美国研究人员在2010年的《基因组研究》杂志上报告说，他们对虎鲸线粒体的脱氧核糖核酸测序后发现了至少3个新的虎鲸物种，这也表明全球海洋中存在不止一种虎鲸。
在新研究中，研究人员通过“高度平行测序技术”对139只虎鲸线粒体的脱氧核糖核酸进行了测序。这批虎鲸来自北大西洋、北太平洋以及南极大陆附近海域。研究人员最终发现，在南极海域生活的两种分别主要以鱼和海豹为食的虎鲸可能属于新物种，此外，北太平洋地区也存在新的虎鲸种群。
领导这项研究的美国国家海洋和大气管理局遗传学家菲利普·莫林表示，与其他鲸类一样，虎鲸体内的线粒体也很少随着时间的推移发生变化，因此不查看整个基因组很难发现新进化的虎鲸物种。但利用“高度平行测序技术”可以通过测量来自世界各地的虎鲸组织样本完成对虎鲸线粒体的基因组测序，从而分辨出新物种。
尽管虎鲸是通才，但至少某些亚种群（生态型和\/或形态型）专门捕食特定类型的猎物。从加利福尼亚到阿拉斯加的ENp沿海水域的研究描述了虎鲸的三种不同生态类型，分别称为居留鲸、过客鲸和近海鲸。尽管在生态上有所区别，但在色泽，外部形态，行为和声学方面也存在差异。尽管有时范围重叠，但三种生态型仍保持社会隔离（即没有杂种）。 ENp居留鲸专吃是太平洋鲑鱼，并且非常喜欢奇努克鲑鱼。 ENp沿海水域中的过客鲸主要吃小须鲸，但也有机会捕食大型鲸鱼，特别是幼鲸。挪威沿海的虎鲸专门吃鲱鱼，以及直布罗陀海峡中蓝鳍金枪鱼。新西兰的一些虎鲸可能会选择性地在洋流和其他海流中觅食，而在西澳大利亚州，虎鲸一年要捕食数十头座头鲸幼仔。在西澳大利亚州的南海岸外，至少季节性的，一群虎鲸以喙鲸为食。在南极，有五种描述的虎鲸生态型，每一种在食性上都不同，具有不同的栖息地和猎物偏好。一种专门在开阔水域中猎食小须鲸和海象，一种主要食用在浮冰上休息的海豹，一种经常捕食企鹅，但可能主要是食鱼者，一种很少见的类型帽被认为是掠夺了巴塔哥尼亚人来自商业延绳钓的齿鱼，最小的类型似乎完全是食鱼者。
历史上，虎鲸在日本、挪威、和前苏联曾是直接捕猎的对象。已没有直接捕猎虎鲸的渔业。20世纪60年代水族馆中虎鲸表演的兴起，促使活捕虎鲸的渔业迅速发展。随着虎鲸饲养下繁殖技术的发展，活捕的需求已经下降。虎鲸并没有灭绝之虞，但人为猎捕可能已造成部分地区族群的减少。截止2017年，在南极估计有头（2017年）虎鲸，在太平洋东部热带海域约有8500头虎鲸，在阿拉斯加水域至少有850头，日本外海可能达2000头以上，而夏季在南极水域约有8000头虎鲸分布，分布范围内的其他地区可能在数百至千余头之间。当前在日本、印尼、格陵兰、与西印度群岛的捕鲸者仍持续捕捉虎鲸，虽然捕杀量少，但对当地族群却可能会有相当大的影响。
虎鲸已经在几个地区被利用（即故意猎杀）。从1938-1981年，北大西洋东部的挪威捕鲸者平均每年捕鲸56只。从1946-1981年，日本捕鲸者在沿海水域平均每年捕鲸43只。俄罗斯商业捕鲸者从2006年起平均每年捕杀26只鲸鱼。 1935-1979年，主要是在南极，在1979-1980年南极季节捕获了916只动物。在日本，格陵兰，印度尼西亚和加勒比海岛屿的沿海渔业中，虎鲸也被少量捕食（或作为数量控制措施）。
在许多地区，渔民都将虎鲸视为行业的竞争对手，并且已知会发生故意射击。这个问题在阿拉斯加尤为严重，延绳钓渔业遭到广泛的掠夺，对渔业失败的报复被认为是造成克罗泽岛虎鲸数量暂时减少的原因。在南大洋，延绳钓渔获物的剥夺似乎是一种新近且在增加的现象，现在在许多地区，例如，阿留申群岛、阿拉斯加东南部、乔治亚州南部、克罗泽特群岛以及其他几个南洋亚南极岛屿地区，澳大利亚以及南太平洋。克罗泽群岛渔业中钩住的齿鱼的掠夺性增加似乎对雌性虎鲸的产仔率产生了积极影响。
拖网，延绳钓和流网捕鱼作业中的偶发性死亡发生，但被认为是罕见的。
