L’orque se nourrit de poissons (quand il est adulte, de 60 à 80 kg), d’oiseaux de mer, de manchots, de phoques, de lions de mer, de marsouins et aussi d’autres cétacés, la teneur exacte de leur alimentation dépendant de leur habitat. Il s’agit de l’un des rares cétacés à s’attaquer à d’autres mammifères marins (la pseudorque attaquerait elle aussi des petits mammifères marins). Les orques vivent, se déplacent et chassent en groupe de 3 à 40 individus dans la plupart des océans. L’éventail des techniques de chasse développées par l’orque est vaste, et dépend à la fois de la proie et de l’environnement. Ainsi, dans l’hémisphère sud, la chasse aux pinnipèdes se fait-elle parfois par échouage volontaire sur la plage. Les orques utilisent l’écholocation, un système de sonar naturel, sauf dans le cas de la traque des autres cétacés. Les chasses peuvent se dérouler en pleine mer ou près des côtes, auquel cas la proie est rabattue vers la terre jusqu’à ne plus pouvoir échapper à ses prédateurs. Lorsqu’il s’agit d’un gros cétacé, tous les membres du groupe participent, les uns immobilisant l’animal par la queue pendant que les autres le frappent de tous côtés.
L’épaulard (en liberté) ne s’attaque jamais à l’homme, malgré certaines rumeurs.
Cas particulier : Bien que le requin blanc et l’orque s’ignorent quand ils se croisent, il n’est pas rare que des orques s’attaquent à des requins blancs. Ainsi, dans la baie de Monterey, en Californie, une orque femelle d’environ 6 mètres et du nom de matricule "CA2" a été observée à plusieurs reprises attaquant des requins blancs. La première observation, datant d’octobre 1997, eut lieu quand CA2 a attaqué et tué un requin blanc de 3,50 mètres pour protéger son petit. CA2 avait attrapé le requin dans sa gueule, tout en bondissant dans les airs. Malgré la peau extrêmement solide (plus solide que du cuir), le requin avait été mis en pièce par l’orque. La deuxième observation, eut lieu quand CA2 attaqua un requin blanc plus gros (il devait faire 4,50 maximum).
Les orques utilisent leur vitesse et leur système d'écholocation dans la chasse. Il n'est pas rare que, tout comme les dauphins, elles fassent éclater par des chocs certains organes de leur proie ou adversaire (comme le foie, particulièrement visé).
On retrouve un comportement de chasse particulier de l'orque sur les côtes du Chili en Amérique du Sud. L'orque y longe les berges à la recherche de groupe d'otaries se trouvant sur la plage. Lorsqu'un groupe est trouvé, l'orque s'en approche furtivement en se déplaçant parallèlement à la berge tout en cachant son aileron dorsal puis se propulse en dehors de l'eau, sur la plage de galets, pour capturer une proie. Elle retourne ensuite à l'eau en se tortillant.
Une ou plusieurs orques sont des personnages principaux dans les films :