Paus pembunuh (Orcinus orca) hanya bisa bernapas secara sukarela, yang berarti mereka akan tenggelam jika mereka benar-benar tertidur dengan cara yang sama seperti manusia. Paus pembunuh juga disebut "orca" dan termasuk dalam keluarga yang disebut cetacea, yang mencakup hewan seperti lumba-lumba dan paus Beluga. Studi cetacea menunjukkan bahwa paus pembunuh mungkin tidur dengan mematikan satu setengah dari otak mereka pada suatu waktu, yang memungkinkan mereka untuk mempertahankan kesadaran yang cukup untuk berenang ke permukaan untuk bernapas.
Saat mereka tidur, paus pembunuh berenang perlahan di dekat anggota pod lainnya. Di penangkaran, paus pembunuh berbaring di dasar kolam mereka atau mengapung di permukaan air selama lima hingga delapan jam per hari. Di alam liar, pod berenang berdekatan dan bergerak perlahan ke depan di permukaan laut untuk waktu yang lama. Indikasi lain bahwa paus pembunuh sedang tidur adalah ketika mereka menutup satu mata dan membiarkan yang lain tetap terbuka. Sisi otak yang berlawanan dengan mata tertutup dianggap tertidur.
Induk paus pembunuh tampaknya menderita kurang tidur saat merawat anak-anaknya yang baru lahir. Paus pembunuh yang baru lahir di penangkaran tampaknya jarang tidur selama minggu-minggu pertama kehidupan dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh ahli saraf Joseph Siegel dan lainnya pada tahun 2005. Perilaku tidak tidur berlanjut selama lebih dari sebulan, dan induk anak sapi juga tidur sedikit selama waktu ini. Tingkat kematian pada paus pembunuh yang baru lahir tinggi, dan terjaga terus-menerus dapat membantu melindungi anak sapi dari pemangsa.