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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
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