La livrée des orques est généralement noire et blanche. La face dorsale (de la mâchoire supérieureà la nageoire caudale) est noire dans sa grande majorité. A l'arrière de la nageoire dorsale, un motif gris ou blanc en forme de selle, scindé en deux par l'épine dorsale noire, descend obliquement vers l'avant de chaque flanc sur environ 50 cm. Au-dessus et en arrière de chaque œil se trouve une tâche blanche ovale (tâche supraoculaire). Les flancs sont noirs sauf au niveau des reins où remonte le motif blanc de la face ventrale. Celle-ci présente un dessin blanc qui englobe toute la mâchoire inférieure, puis se poursuit vers l'arrière en se rétrécissant pour finir en forme de trident à pointes arrondies dont les branches latérales remontent vers les reins, et la branche centrale (de forme différente selon le sexe) englobe les fentes uro-génitale, mammaires et anale. Le tronçon ou pédoncule caudal (de l'anus à l'insertion de la nageoire caudale) est totalement noir. La face dorsale de la nageoire caudale est noire, la face ventrale, grise ou blanche, frangée de noir. Les nageoires dorsale et pectorales sont noires. Les lèvres de la fente uro-génitale sont parfois maculées de noir. Cependant, il a été observé que le gris foncé se substitue au noir au niveau des flancs et du tronçon caudale dans quelques populations de l'hémisphère sud.

Les nouveau-nés présentent les mêmes motifs, mais le jaunâtre et le gris-bleu précèdent respectivement durant environ 8 mois le blanc et le noir qui leur succéderont progressivement.

Les cas d'albinisme sont rares, 74 cas ont été dénombrés entre 1923 et 1959 ; un spécimen a été capturé en Amérique du Nord dans le Détroit de Juan de Fuca, par ailleurs, un spécimen mâle totalement noir aurait été identifié en 1941.

La coloration de la peau de l'orque contribue au camouflage de l'animal en surface et en plongée. L'alternance des plages noires et blanches brisent la silhouette générale de l'animal. En plongée et en surface, la livrée dorsale noire se confond avec la couleur sombre de l'eau, ce qui permet à l'orque une approche au plus près de ses proies et donc un effet de surprise en sa faveur. Lorsqu'elles se nourissent de cétacés de petite taille, les orques, rassemblent d'abord leurs proies en un groupe compacts, avant de foncer, selon un ordre déterminé par la hiérachie sociale.

Le crâne des cétacés diffèrent de celui des autres mammifères par la perte de certaines parties, et surtout par une modification profonde des rapports topographiques des os et des proportions de ceux-ci. Il a été démontré que ce remaniement paraît résulter d'un télescopage, c'est-à-dire que la portion du crâne située en arrière du museau a été raccourcie, non pas tellement par une réduction antéro-postérieure des os (pariétal excepté), mais par un glissement d'un os sur un autre, ou par l'intercalation de certains d'entre eux. Les maxillaires, prémaxillaires, et vomer subissent en outre un allongement antéro-postérieur considérable. La boîte crânienne est large, haute, et courte.

Chez l'orque, elle comporte 7 vertèbres cervicales (Cv), les 3 ou 4 premières étant soudées entre elles et très aplaties. L'apophyse odontoïde (émise par l'axis dans l'atlas) est courte et mousse ; les surfaces articulaires entre atlas et axis sont plates. Les deux condyles occipitaux (qui pénètrent dans l'atlas) présentent aussi un fort aplatissement. Le nombre des vertèbres dorsales (D), lombo-sacrées (LS), et caudales (Cd) varient selon les auteurs qui ont observés les formules vertébrales suivantes :

Les corps vertébraux ne s'articulent pas les uns aux autres du fait de la brièveté des apophyses articulaires qui n'existent qu'en avant ; l'union des vertèbres est uniquement assurée par des disques intervertébraux, lesquels confèrent à la colonne vertébrale une très grande élasticité.

En rapport avec la formation d'une queue à fonction locomotrice (pédoncule caudal + nageoire caudale) et avec la perte des membres postérieurs et du bassin, la colonne vertébrale présente certains caractères très particuliers.

Le sacrum (os résultant de la soudure des vertèbres sacrées) n'existe plus ; les vertèbres sacrées ont perdu les particularités qu'elles possèdent chez les mammifères terrestres ; elles sont mobiles, et quasiment identiques aux lombaires qui les précèdent et aux caudales qui les suivent. Ces dernières, sauf celles qui sont contenues dans la nageoire caudale, n'ont plus l'apparence atrophiée qu'elles ont chez les autres mammifères, elles ont acquis un corps vertébral puissant à apophyses transverses fortes et aplaties, un arc neural (dorsal) avec apophyse épineuse, et un arc hémal (ventral).

La formation de la nageoire caudale s'est accompagnée de modifications des vertèbres dorsales et sacrées, lesquelles donnent insertion à divers muscles caudaux (non à tous, car certains se fixent à des muscles de la région dorsale) ; les vertèbres en question ont augmenté de taille et ressemblent aux plus grosses des vertèbres caudales. En fait, les vertèbres de la région post-thoracique tendent à prendre le même aspect. Du fait de la disparition du bassin et des membres postérieurs, la courbe de la colonne est régulière du crâne à la queue.

Les nageoires pectorales ou battoirs (membres antérieurs), véritables palettes natatoires, se présentent bien détachées du tronc, beaucoup plus développées dans leurs parties distales que dans les rayons proximaux. On ne distingue aucun doigt extérieurement, cependant ceux-ci restent anatomiquement bien distincts sous la peau.  Les pectorales peuvent atteindre 1,98 m sur 1,22 m chez les orques mâles.

La nageoire caudale, horizontale, épaisse à sa base, amincie et échancrée à son bord postérieur, est le principal organe propulseur. Les lobes gauche et droit de la nageoire caudale n'ont pas d'autre soutien osseux que l'axe vertébrale de part et d'autre duquel ils s'étendent. Leur extrémité peut être recourbée vers le bas. La queue exécute principalement des mouvements verticaux produits par les muscles du tronc qui s'insèrent à l'extrémité des apophyses épineuses de la colonne vertébrale. Les mouvements latéraux sont liés à la flexion de la colonne vertébrale.

Une nageoire dorsale bien développé existe chez le plus grand nombre de cétacés, mais elle fait totalement défaut chez certains, ou elle est assez réduite et seulement représentée par une bosse arrondie. Le plus souvent, elle est élevée en triangle à sommet acuminé et renversé en arrière.

Sous ses deux faces, elle est renforcée par une couche de fortes fibres conjonctives allant de sa base à son bord libre et formant des sortes de ligaments plus ou moins ramifiés ; l'espace laissé libre entre ces deux couches ligamenteuses est comblé par un tissu conjonctif mou, riche en fibres dirigées perpendiculairement aux faces, et en cellules adipeuses. Ni formation cartilagineuse ou osseuse, ni muscles n'entrent dans la structure de cette nageoire.

Cette nageoire intervient dans la stabilisation de la nage et dans la thermorégulation. Les mâles matures peuvent être identifiées par leur nageoire dorsale qui est caractérisée par un rapport hauteur/largeur supérieur à 1,4 ; ce rapport atteint 1,6 à 1,8 chez les plus vieux mâles

La période de reproduction couvre toute l'année. Les jeune naissent après une pèriode de gestation qui varie entre 13 et 16 mois. Ils sont allaités pendant 1 ans au moin. La maturité sexuelle est atteinte lorsque la longeur des mâles dépasse 6,7 m et celle des femelles 5 m environ. L'intervalle entre les naissances varie de 3 à 10 ans.

Grâce à l'ingestion du lait de sa mère et de poisson, le bébé orque grandit rapidement, d'environ 66 à 80 cm lors de sa première année, d'environ 57 à 67 cm lors de sa seconde année, et d'environ 45 cm lors de sa troisième année .