Το χταπόδι είναι μαλάκιο, κεφαλόποδο, με οκτώ πλοκάμια, ένα σκληρό ράμφος  χωρίς καθόλου όστρακο. Τα χταπόδια έχουν δύο εγκεφάλους και τρεις καρδιές. Ο ένας εγκέφαλος ελέγχει τα πλοκάμια και ο άλλος κάνει όλες τις υπόλοιπες δουλειές. Φέρει επίσης τον κεντρικό εγκέφαλο, με πολύ ανεπτυγμένο νευρικό σύστημα. Το κυκλοφορικό σύστημα αποτελείται από 3 καρδιές από τις οποίες οι δύο ωθούν το αίμα στα βράγχια και η τρίτη στο υπόλοιπο σώμα. Η μεταφορά οξυγόνου εξυπηρετείται από την πρωτεΐνη αιμοκυανίνη η οποία περιέχει χαλκό και έχει γαλάζιο χρώμα.Τα χταπόδια έχουν σχετικά μικρή διάρκεια ζωής. Μερικά είδη ζουν μόλις έξι μήνες. Μεγαλύτερα είδη, όπως το γιγάντιο χταπόδι του Ειρηνικού, μπορεί να ζήσει έως και πέντε χρόνια κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες. Η αναπαραγωγή είναι η μία αιτία θανάτου: τα αρσενικά μπορούν να ζήσουν μόνο για λίγους μήνες μετά το ζευγάρωμα, ενώ τα θηλυκά  πεθαίνουν λίγο μετά την εκκόλαψη των αυγών τους. Παραμελούν να φάνε κατά τη διάρκεια του ενός μήνα περίπου που φροντίζουν τα αυγά τους και τελικά πεθαίνουν από την πείνα.Τα χταπόδια είναι πολύ έξυπνα, περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο ασπόνδυλο. Η ακριβής έκταση της νοημοσύνης και της ικανότητάς τους να μαθαίνουν αποτελεί θέμα συζήτησης μεταξύ των βιολόγων. Πειράματα έχουν δώσει στοιχεία ύπαρξης ενός συστήματος μνήμης, το οποίο μπορεί να αποθηκεύει μνήμες μικρής αλλά και μεγάλης διάρκειας.Τα χταπόδια έχουν διάφορους τρόπους άμυνας. Ο κύριος τρόπος είναι να κρύβονται και ο συνηθέστερος δευτερεύον τρόπος άμυνας είναι η φυγή. Άλλοι τρόποι άμυνας είναι η απελευθέρωση μελανιού, το καμουφλάζ και η αυτοτομία (φαινόμενο που παρατηρείται σε διάφορα ζώα να κόβουν από μόνα τους ορισμένα μέρη του σώματός τους, όταν βρεθούν σε κίνδυνο).