Τα κεφαλόποδα είναι τα πιο έξυπνα ασπόνδυλα και έχουν καλές αισθήσεις και μεγάλους εγκεφάλους. Το νευρικό σύστημα των κεφαλόποδων είναι το πιο πολύπλοκο από τα ασπόνδυλα και η αναλογία εγκεφάλου προς σωματική μάζα βρίσκεται μεταξύ της αναλογίας εγκεφάλου προς σωματική μάζα των θερμόαιμων και των ψυχρόαιμων σπονδυλωτών. Οι γιγαντιαίες νευρικές ίνες του μανδύα των κεφαλόποδων αποτελούν αγαπημένο πειραματικό υλικό εδώ και πολλά χρόνια- η μεγάλη διάμετρός τους καθιστά ευκολότερη τη μελέτη τους.
Χρώμα και φως
Τα περισσότερα κεφαλόποδα διαθέτουν χρωματοφόρα - δηλαδή κύτταρα με διαφορετικά χρώματα - τα οποία μπορούν να χρησιμοποιήσουν με διάφορους εκπληκτικούς τρόπους. Εκτός από το να αναμειγνύονται με το φόντο τους, ορισμένα κεφαλόποδα βιοφωτίζονται, ακτινοβολώντας φως προς τα κάτω για να κρύψουν τις σκιές τους από τυχόν επιτιθέμενους. Η βιοφωταύγεια παράγεται από βακτηριακούς συμβιωτές- το κεφαλόποδο-ξενιστής είναι σε θέση να εντοπίσει το φως που παράγουν αυτά τα ζώα. Η βιοφωταύγεια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την προσέλκυση θηραμάτων, ενώ ορισμένα είδη χρησιμοποιούν πολύχρωμα θεάματα για να κερδίσουν συντρόφους, να καταπλήξουν τα αρπακτικά ή ακόμη και για να δώσουν σήμα το ένα στο άλλο.
Χρωματισμός
Ο χρωματισμός μπορεί να αλλάξει μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου καθώς προσαρμόζονται στο περιβάλλον τους και τα κύτταρα της χρωστικής μπορούν να διαστέλλονται ή να συστέλλονται. Η ταχεία αλλαγή χρώματος είναι συνήθως πιο συχνή στα είδη που ζουν κοντά στην ακτή από ό,τι εκείνα που ζουν στον ανοιχτό ωκεανό. Αυτά που ζουν στον ανοιχτό ωκεανό χρησιμοποιούν κυρίως καμουφλάζ για να κάνουν το περίγραμμα του σώματός τους λιγότερο εύκολα αντιληπτό.
Στοιχεία αρχικού χρωματισμού έχουν βρεθεί σε απολιθώματα κεφαλόποδων ήδη από τη Σιλουρία- ορισμένα είδη με ευθύ κέλυφος είχαν γραμμές γύρω από το κέλυφός τους, οι οποίες πιστεύεται ότι χρησιμοποιούνταν ως καμουφλάζ του περιγράμματος του σώματός τους. Τα κεφαλόποδα του Δεβονίου φέρουν πιο σύνθετα χρωματικά σχέδια, η λειτουργία των οποίων μπορεί να είναι πιο πολύπλοκη.
Μετακίνηση
Τα κεφαλόποδα κινούνται συνήθως με αεριωθούμενη κίνηση (εκτόξευση νερού). Αυτό χρησιμοποιεί πολλή ενέργεια για να ταξιδέψει σε σύγκριση με την κίνηση με την ουρά που χρησιμοποιούν τα ψάρια. Χρησιμοποιούν την πρόωση με τζετ επειδή δεν έχουν πτερύγια ή πτερύγια. Η αποτελεσματικότητα της πρόωσης με τζετ μειώνεται με τα μεγαλύτερα ζώα. Αυτός είναι πιθανώς ο λόγος για τον οποίο πολλά είδη χρησιμοποιούν τα πτερύγια ή τα χέρια τους για να μετακινούνται αν είναι δυνατόν.
Το οξυγονωμένο νερό οδηγείται στην κοιλότητα του μανδύα στα βράγχια. Με τη σύσπαση των μυών του μανδύα, το νερό ωθείται προς τα έξω μέσω του σιφονιού, που σχηματίζεται από μια πτυχή του μανδύα. Η κίνηση των κεφαλόποδων είναι συνήθως προς τα πίσω, καθώς το νερό ωθείται προς τα εμπρός, αλλά το σιφόνι μπορεί να είναι στραμμένο προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Ορισμένα κεφαλόποδα μπορούν να προσαρμόσουν το σχήμα του σώματός τους για να κινούνται ευκολότερα μέσα στο νερό.
Ορισμένα είδη χταποδιών μπορούν επίσης να περπατούν κατά μήκος του βυθού. Τα καλαμάρια και οι σουπιές μπορούν να μετακινούνται σε μικρές αποστάσεις προς οποιαδήποτε κατεύθυνση μετακινώντας ένα μυϊκό πτερύγιο γύρω από τον μανδύα.
Μελάνι
Με εξαίρεση τα Nautilidae και τα είδη χταποδιών της υποτάξης Cirrina, όλα τα γνωστά κεφαλόποδα διαθέτουν σάκο μελανιού, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτοξεύσει ένα σύννεφο σκούρου μελανιού για να μπερδέψει τους θηρευτές.
