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虎鯨族群似乎是由許多亞族群組成，各自適應於其棲息環境，由此點看來，虎鯨與狼群非常相似。部分學者認為，不同族群的虎鯨之間在形態、基因、生態、與習性上皆存在差異，似乎可區分出不同亞種甚至是新物種。
美國研究人員在2010年的《基因組研究》雜誌上報告說，他們對虎鯨線粒體的脫氧核糖核酸測序後發現了至少3個新的虎鯨物種，這也表明全球海洋中存在不止一種虎鯨。
在新研究中，研究人員透過“高度平行測序技術”對139只虎鯨線粒體的脫氧核糖核酸進行了測序。這批虎鯨來自北大西洋、北太平洋以及南極大陸附近海域。研究人員最終發現，在南極海域生活的兩種分別主要以魚和海豹為食的虎鯨可能屬於新物種，此外，北太平洋地區也存在新的虎鯨種群。
領導這項研究的美國國家海洋和大氣管理局遺傳學家菲利普·莫林表示，與其他鯨類一樣，虎鯨體內的線粒體也很少隨著時間的推移發生變化，因此不檢視整個基因組很難發現新進化的虎鯨物種。但利用“高度平行測序技術”可以透過測量來自世界各地的虎鯨組織樣本完成對虎鯨線粒體的基因組測序，從而分辨出新物種。
儘管虎鯨是通才，但至少某些亞種群（生態型和/或形態型）專門捕食特定型別的獵物。從加利福尼亞到阿拉斯加的ENP沿海水域的研究描述了虎鯨的三種不同生態型別，分別稱為居留鯨、過客鯨和近海鯨。儘管在生態上有所區別，但在色澤，外部形態，行為和聲學方面也存在差異。儘管有時範圍重疊，但三種生態型仍保持社會隔離（即沒有雜種）。 ENP居留鯨專吃是太平洋鮭魚，並且非常喜歡奇努克鮭魚。 ENP沿海水域中的過客鯨主要吃小鬚鯨，但也有機會捕食大型鯨魚，特別是幼鯨。挪威沿海的虎鯨專門吃鯡魚，以及直布羅陀海峽中藍鰭金槍魚。紐西蘭的一些虎鯨可能會選擇性地在洋流和其他海流中覓食，而在西澳大利亞州，虎鯨一年要捕食數十頭座頭鯨幼仔。在西澳大利亞州的南海岸外，至少季節性的，一群虎鯨以喙鯨為食。在南極，有五種描述的虎鯨生態型，每一種在食性上都不同，具有不同的棲息地和獵物偏好。一種專門在開闊水域中獵食小鬚鯨和海象，一種主要食用在浮冰上休息的海豹，一種經常捕食企鵝，但可能主要是食魚者，一種很少見的型別帽被認為是掠奪了巴塔哥尼亞人來自商業延繩釣的齒魚，最小的型別似乎完全是食魚者。
歷史上，虎鯨在日本、挪威、和前蘇聯曾是直接捕獵的物件。已沒有直接捕獵虎鯨
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