它们全年都可以交配，雌兽每3～5年生育一次，怀孕期为1年，每胎产1仔，哺乳期也需要1年左右。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。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年的时间。

虎鲸为多配性的。在西北太平洋，它们大多在5～7月间进行交配。在东北太平洋，它们大多在10月至次年3月间产仔。雄性性成熟体长5.2～6.2米，而雌性性成熟体长4.6～5.4米。雌性在11～16年间生产第一个可存活的仔鲸，在北太平洋记录的最小的新生仔鲸长2.28米。产仔间隔约为五年。

美国研究人员日前报告说，他们对虎鲸线粒体测序后发现了至少三种新的虎鲸物种，这表明全球海洋中存在不止一种虎鲸。这批来自北大西洋、北太平洋以及南极附近海域139只虎鲸通过“高度平行测序技术”进行了线粒体脱氧核糖核酸测序，最终发现两种主要以鱼和海豹为食的南极海域生活者可能属于新物种。此外，还有新的虎鲸种群分布于北太平洋地区。

领导这项研究遗传学家菲利普·莫林表示，与其他生物一样，由于其基因组变化缓慢，不容易发现新进化物种。但是利用“高度平行测序技术”可以通过从世界各地收集样本来完成对整个基因组测序，从而分辨出新物种。

历史上，在日本、挪威、以及前苏联曾经直接捕猎过这些动物，现在已经没有直接捕猎渔业存在了。而20世纪60年代水族馆中表演使得活捕需求迅速增加。但随着他们繁殖下代能力提高，这些需求减少了。尽管如此，有毒污染和交通干扰仍然构成了威胁。在南极估计有70000头，而其他地方数量零散且未得到充分调查。《世界自然保护联盟》将其列入低危等级，但是人工活动可能导致部分区域人口减少。此外，对他们栖息地的一些活动，如重型船只航行和养鱼场建设，也可能对他们造成影响。