A gyilkos bálnák csúcsragadozók, ami azt jelenti, hogy a tápláléklánc csúcsán állnak, és nincsenek természetes ragadozóik. Különféle tengeri emlősöket, halakat és tengeri madarakat esznek. Amikor megeszik ezeket az állatokat, a testükben elraktározott szénmolekulákat is elfogyasztják. Ezeket a szénmolekulákat aztán a gyilkos bálnák energiatermelésre és új szövetek építésére használják fel.
A szénmolekulák átvitele a fosszilis tüzelőanyagokból a gyilkos bálnákba a bionagyítás egyik példája. Ez az a folyamat, amelynek során a káros anyagok jobban koncentrálódnak az élőlények szöveteiben, ahogy felfelé haladnak a táplálékláncban. A bionagyítás negatív hatással lehet a tápláléklánc csúcsán lévő szervezetek egészségére, beleértve a gyilkos bálnákat is.