Il possède, relativement aux mammifères terrestres une haute capacité de fixation de l’oxygène.
En fait on distingue dans le sang des orques un mélange d’hémoglobine (Hb) hautement fixatrice d’oxygène (elle peut soit fixer plus de quatre molécules d’O2 / mol d’Hb ou alors fixer l’oxygène à l’aide de capteurs encore inconnus) etd’une hémoglobine normale.

L’appareil circulatoire

L’un des traits marquants de l’angiologie des Cétacés réside dans la présence de retia mirabilia , les réseaux admirables : ce sont des réseaux de capillaires intercalés sur le trajet d’artères.
Ces structures pourraient être en relation avec le stockage de sang oxygéné libérable par le jeu de sphincters ou servir à la régulation de la pression sanguine lors de plongée et de remontée tardive.
Les retia mirabilia thoraciques existent chez tous les Cétacés : il sont formés par les diverses artères intercostales et par deux petits rameaux de l’aorte. Ce réseau s’étend jusqu’au canal médullaire où il s’unit aux artères méningées spinales.
On observe aussi un agrandissement très important du calibre des vaisseaux
intrarachidiens; le sang véhiculé par cette voie échappe totalement aux effets de la pression, cela évite des stases sanguines en particulier dans le cerveau qui rendraient impossible la plongée profonde.
Lors des plongées, le sang est détourné des tissus tolérant de basses pressions d’O2 et envoyé vers le coeur, les poumons, le cerveau très forts consommateurs en oxygène.
La circulation du sang, via un système à contre-courant, contribue elle aussi à maintenir la température interne de l’orque (36,4°C). Il y a cependant un gradient de chaleur entre le gras sous cutané et la peau qui elle est à la même température que l’eau ambiante.
Lors d’exercice prolongé ou dans des eaux plus chaudes (ex. température de l’eau des bassins en été), les orques ont besoin d’évacuer de la chaleur : à ce moment-là le flux sanguin arrivant dans les nageoires est accru, alors que le flux sanguin retournant au corps est ralenti.