Es común definir la inteligencia como un proceso cognoscitivo que permite la capacidad de resolver problemas. Se dice que los cetáceos son animales muy inteligentes en vista de dicha capacidad, que se ha puesto a prueba en numerosas ocasiones a través del tiempo.
Aunque no reciben el nombre de delfines, las orcas pertenecen a la misma familia que éstos y por eso son delfínidos. Los delfínidos más grandes que existen, para ser precisos. Tomando en cuenta esto, se pueden englobar muchas de las características de los miembros de la familia Delphinidae, como el uso de la ecolocalización, las múltiples vocalizaciones y el tamaño del cerebro. Se cuenta a los delfínidos entre las especies más inteligentes que pueblan el planeta Tierra. Su cerebro es grande con respecto al tamaño de su cuerpo y poseen un neocórtex complejo. De acuerdo con Lori Marino, una experta en Neurociencia y Biología de la Universidad de Emory, si se pone a los delfines en una situación problemática, ellos la resolverán de la misma manera en la que los humanos lo hacen, muestra de que pueden realizar un verdadero trabajo mental. El cerebro de las orcas es el segundo más grande del grupo de los mamíferos marinos, después del cachalote, con un peso de 6.8 kilogramos. Se ha descubierto que el cerebro de Orcinus orca contiene neuronas con forma de huso, del mismo modo que los seres humanos, los simios grandes, los elefantes y otros cetáceos. Al comparar la presencia de estas células esenciales en el desarrollo de la inteligencias en humanos y orcas, se infiere que éstas últimas tienen un nivel de inteligencia muy alto, algo que otros animales no poseen. Además, su corteza cerebral rivaliza en complejidad con la de los seres humanos. La medición aproximada de la inteligencia de un animal se realiza por medio del cociente de encefalización (EQ, por sus siglas en inglés), el cual mide la masa del encéfalo con respecto a lo que se espera de su tamaño corporal. Los humanos y los cetáceos ocupan los primeros lugares de la lista de seres vivos con mayor cociente de encefalización y de hecho, la orca aparece en tercer lugar, con un cociente de 2.7-3.3. Uno de los puntos frecuentemente recurridos para hacer hincapié en la inteligencia de los delfínidos es su cultura. Ésta suele considerarse exclusiva de los seres humanos, pero se ha descubierto que algunos delfines se protegen el hocico con esponjas al alimentarse y en el caso de las orcas, enseñan a sus crías cómo cazar mamíferos marinos justo en la orilla del mar. Una población puede diferenciarse de otra por su estructura social, sus vocalizaciones, su comportamiento y su alimentación, aspectos únicos que pueden considerarse una cultura en tanto son el conjunto de costumbres, modo de vida y nivel de desarrollo. Dentro de una manada puede ocurrir la imitación de las vocalizaciones de los miembros.
