Bạch tuộc có 8 chi dạng xúc tu, đặc điểm này được thể hiện trong tên khoa học của chúng, gốc từ tiếng Hy Lạp: ὀκτώπους có nghĩa là "tám chân". Những cánh tay này là một kiểu buồng thủy tĩnh học cơ bắp. Không như đa số những động vật thân mềm khác, phần lớn loài bạch tuộc trong phân bộ Incirrina có những thân thể trọn vẹn mềm mà không có bộ xương trong. Chúng không có vỏ ở ngoài bảo vệ như ốc hay bất kỳ vết tích nào của vỏ hoặc xương bên trong, như mực biển hay mực ống. Một vật giống như mỏ vẹt là bộ phận cứng cáp duy nhất của bạch tuộc. Nó giúp loài bạch tuộc len qua những kẽ đá ngầm khi chạy trốn kẻ thù. Những con bạch tuộc trong phân bộ Cirrina có hai vây cá và một vỏ bên trong làm bớt đi khả năng chui vào những không gian nhỏ.

Bạch tuộc có vòng đời tương đối ngắn, có loài chỉ sống được 6 tháng. Loài bạch tuộc khổng lồ ở Bắc Thái Bình Dương có thể sống tới 5 năm trong điều kiện lý tưởng. Tuy nhiên, sinh sản là một trong những nguyên nhân gây ra sự ngắn ngủi của vòng đời: những con bạch tuộc đực có thể chỉ sống được vài tháng sau khi kết bạn, và những con bạch tuộc cái chết không lâu sau khi ổ trứng nở.

Bạch tuộc có đến 3 trái tim. Hai trái tim bơm máu xuyên qua hai mang trong khi trái tim thứ ba bơm máu đi khắp thân thể. Máu bạch tuộc chứa đựng protein giàu hemocyanin chuyên chở oxy. Ít hiệu quả hơn huyết cầu giàu sắt của nhóm động vật có xương sống, haemocyanin được hòa tan trong huyết tương thay vì trong những hồng cầu và tạo ra màu xanh cho máu. Bạch tuộc đưa nước vào các khoang rồi xuyên qua mang. Như những động vật thân mềm khác, bạch tuộc có những mang được chia ra và có những mạch máu quấn bên trong.

Bạch tuộc là động vật rất thông minh, có thể là thông minh hơn bất kỳ một động vật thân mềm nào. Trí thông minh và khả năng học hỏi của bạch tuộc vẫn còn đang được các nhà sinh vật học tranh cãi, các thí nghiệm về mê cung và cách giải quyết vấn đề đã chỉ ra rằng bạch tuộc có hệ thống trí nhớ, bao gồm cả trí nhớ ngắn hạn và dài hạn. Chúng ta vẫn chưa biết rõ được khả năng học hỏi đóng góp như thế nào vào hành vi của những con bạch tuộc trưởng thành. Bạch tuộc con hầu như không học hỏi gì từ hành vi của bố mẹ, và chúng cũng có rất ít những liên hệ với bố mẹ.

Bạch tuộc có một hệ thần kinh phức tạp. 2/3 nơron nằm trong những dây thần kinh ở các tua của nó. Các tua bạch tuộc có những phản xạ phức tạp với sự điều khiển của ít nhất ba cấp độ của hệ thần kinh. Một số con bạch tuộc, như bạch tuộc Mimic, chuyển động những xúc tu của nó như những loài sinh vật biển khác. Trong một số thí nghiệm, bạch tuộc có thể được huấn luyện phân biệt những mẫu và hình dạng khác nhau. Bạch tuộc cũng được nghiên cứu bằng cách dạy chúng chơi thảy vòng: những cái chai hoặc đồ chơi được ném đi trong phạm vi hồ cá và chúng sẽ tìm đem lại.

Bạch tuộc đôi khi phá vỡ bể của mình, nhảy qua cái khác để tìm thức ăn. Đôi khi chúng vào thuyền những người đánh cá, mở nắp và tìm cua để ăn. Ở một số nước, bạch tuộc nằm trong danh sách những động vật thực nghiệm mà giải phẫu có thể không được thực hiện nếu không có sự gây mê. Ở Anh, những loài động vật thân mềm như bạch tuộc cũng được coi trọng và bảo vệ bằng pháp luật như những loài động vật có xương sống khác. Đôi khi bạch tuộc có thể ăn tua của nó trong khi bị kích động. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy nguyên nhân của hành vi bất thường này có thể là do một loại virus nào đó tấn công hệ thần kinh. Như vậy hành vi này chính xác hơn là một sự mất trật tự thần kinh học.

Ba cơ chế phòng thủ tiêu biểu của bạch tuộc là phun mực, ngụy trang và tự tháo bỏ tua. Hầu hết loài bạch tuộc có thể phun ra một loại mực hơi đen và dày như một đám mây lớn để thoát khỏi kẻ thù. Thành phần chính của loại mực đó là melamin, nó cũng là hóa chất tạo nên màu tóc và da của con người. Loại mực này cũng làm át mùi giúp bạch tuộc dễ dàng lẩn trốn những loài thú ăn thịt khát máu như cá mập.

Bạch tuộc ngụy trang nhờ vào những tế bào da chuyên dụng có thể thay đổi màu, độ mờ và tính phản chiếu của biểu bì. Những tế bào sắc tố chứa đựng màu vàng, cam, đỏ, nâu, hay đen; một số loài có 3 màu, số khác có 2 hay 4. Những tế bào thay đổi màu khác cũng có thể được dùng để liên lạc hay cảnh báo những con bạch tuộc khác. Loài bạch tuộc xanh có độc sẽ trở thành màu vàng sáng khi bị khiêu khích.

Một số loài bạch tuộc có khả năng tách rời tua của nó khi bị tấn công giống như loài thằn lằn vậy. Những cái tua đã rời giúp đánh lạc hướng kẻ thù. Một số loài bạch tuộc, như bạch tuộc Mimic, có cách phòng vệ thứ tư. Chúng có thể biến đổi thân thể linh hoạt và màu sắc của mình giống những con vật nguy hiểm hơn như rắn biển hay lươn.

Khi giao cấu, bạch tuộc đực dùng một tua đưa những bào tinh vào trong thân bạch tuộc cái. Tua giao cấu, thường là tua thứ ba bên phải, sẽ tách khỏi bạch tuộc đực trong thời gian giao cấu. Những con đực chết trong vòng vài tháng sau khi giao cấu. Những con cái có thể giữ tinh dịch trong thân chúng cho đến khi trứng trưởng thành. Sau khi được thụ tinh, bạch tuộc cái đẻ khoảng 10.000 đến 70.000 trứng (số lượng này tùy thuộc vào mỗi loại và mỗi cá thể).

Bạch tuộc mẹ chăm sóc dàn trứng, bảo vệ chúng khỏi những loài thú ăn thịt và thổi nước qua trứng để cung cấp oxy trong khoảng năm tháng (160 ngày) cho đến khi trứng nở. Bạch tuộc mẹ không ăn trong suốt thời gian trên. Sau khi trứng nở, bạch tuộc mẹ chết và những con bạch tuộc con còn là ấu trùng mất một thời gian trong đám sinh vật trôi nổi, chúng ăn cua bể và ấu trùng sao biển cho tới khi chúng đủ lớn và chìm xuống đáy đại dương. Ở một số nơi sâu hơn, bạch tuộc con không trải qua quá trình này. Đây là một khoảng thời gian nguy hiểm cho những con bạch tuộc con vì chúng có thể bị những sinh vật khác ăn động vật trôi nổi tấn công.

Bạch tuộc có thị lực rất tốt. Đặc biệt là mắt bạch tuộc không cần dùng để phân biệt màu sắc dù chúng có khả năng đó. Gắn liền với não là hai cơ quan đặc biệt gọi là những túi thăng bằng, chúng giúp loài bạch tuộc định hướng thân thể nó lúc nào cũng nằm ngang.

Bạch tuộc cũng có một xúc giác tuyệt vời. Những giác hút của bạch tuộc có những thụ quan rất nhạy. Tuy nhiên, chúng có cảm giác bản thể rất yếu. Chúng không thể xác định vị trí thân thể hay các tua của mình. (Điều này không có nghĩa là chúng không có khả năng xử lý một lượng thông tin lớn; những tua của chúng còn nhạy hơn cả các chi của động vật có xương sống.)

Tóm lại, bạch tuộc không sở hữu sự nhận thức cảm giác lập thể, có nghĩa là nó chỉ có thể cảm nhận được sự biến đổi của sự vật nhưng không thể tập hợp lại thành một hình thể hoàn chỉnh.

Những xúc tu trên tua của bạch tuộc có tác dụng giống như giác hút giúp bạch tuộc có thể giữ chặt con mồi đồng thời những xúc tu này còn giúp bạch tuộc xác định được địa hình và hình dạng của những thứ nó bám vào.

Bạch tuộc di chuyển bằng cách bò hoặc bơi. Nhưng cách di chuyển chính của chúng là bò, thỉnh thoảng mới bơi. Chúng chỉ di chuyển nhanh khi đói hoặc bị đe dọa, khi đó bạch tuộc lợi dụng sức đẩy của phản lực. Lượng oxy trong máu bạch tuộc chỉ khoảng 4% nên sức chịu đựng của chúng khá kém. Bạch tuộc có thể bò như đi trên những cái tua. Năm 2005, các nghiên cứu cho biết một số loài bạch tuộc có thể di chuyển bằng hai tua trong nước nhanh như di chuyển trên đám tảo biển. Chúng bơi bằng cách hút nước vào và đẩy ra tạo ra lực.

Các loài bạch tuộc thường thích chạy trốn hơn là quay lại đánh nhau với kẻ thù, chúng thường tích nước vào phần thân rồi bắn ra với tốc độ cực nhanh tạo thành phản lực để đẩy cả cơ thể của chúng về phía trước nhằm tìm đường trốn chạy khỏi kẻ thù. Tốc độ của chúng vào khoảng 25km/h.

Như đã nói ở trên, bạch tuộc thường có xu hướng chạy trốn hơn là tấn công và phản công. Là những kẻ bơi lội nhanh, cơ chế di chuyển dưới nước của bạch tuộc là đẩy cơ thể về phía trước bằng cách phun nước qua lớp áo của chúng. Cơ thể mềm mại của chúng có thể nhét vừa vào các khe nứt, vết nứt của vách đá mà những kẻ săn mồi không thể nào theo được.

Nếu mọi chiêu ngụy trang không thành công, một con bạch tuộc sẽ sẵn sàng bỏ lại một xúc tu của mình để thoát khỏi kẻ săn mồi và mọc lại xúc tu không lâu sau đó giống như chưa hề có cuộc chia ly vậy. Chúng cũng có răng hàm giống như răng cưa có thể gây ra những vết cắn khá khó chịu, đồng thời tuyến nước bọt có độc được sử dụng chủ yếu để làm tê liệt con mồi.

Khả năng phòng thủ đầu tiên và đáng kinh ngạc nhất của chúng đó là nguỵ trang và ẩn náu. Bằng việc sử dụng một hệ thống bao gồm các tế bào sắc tố và các bó cơ đặc biệt dưới da, bạch tuộc thông thường gần như ngay lập tức có thể hòa trộn với các màu sắc, hình dáng và thậm chí các kết cấu của môi trường xung quanh. Ngay đến cả những kẻ săn mồi chuyên nghiệp như cá mập, cá chình và cá heo vẫn hiển nhiên bơi qua mà không hề biết đến sự hiện diện của chúng.

Khi bị phát hiện, một con bạch tuộc sẽ phun ra một đám mây mực để che khuất tầm nhìn của kẻ tấn công và cũng để chúng có thời gian chạy thoát. Loại mực này thậm chí còn chứa một chất có thể làm chậm khứu giác của kẻ địch và khiến chúng khó có thể xác định ra được hướng chạy trốn của kẻ khôn lỏi kia.

Các nhà khoa học cho rằng, cuộc sống của bạch tuộc cũng gần giống với cá hồi. Chúng không thể sống được lâu sau khi giao phối. Những con đực thường chết sau 1 vài tháng kể từ khi đưa bọc tinh trùng của mình vào con cái. Những con bạch tuộc cái sẽ sống lâu hơn để bảo vệ trứng của mình.

Một điều thú vị là bạch tuộc có cơ chế giao phối khá đặc biệt. Con đực sẽ tạo ra một bọc tinh trùng và đưa vào cơ thể con cái thông qua một chiếc vòi. Khi tiến vào sâu trong con cái, chiếc vòi này sẽ bắt đầu căng phồng, dễ dàng phóng lượng tinh của mình một cách dễ dàng và triệt để, có khả năng loại bỏ được những đứa con tương lai của đối thủ trước.

Bạch tuộc cái có thể đẻ tới 150.000 trứng trong hai tuần. Con cái sẽ không kiếm mồi mà chỉ tập trung vào việc bảo vệ trứng của mình. Điều đó khiến những con bạch tuộc con sau khi sinh ra sẽ mất mẹ bởi mẹ chúng bị chết vì thiếu dưỡng chất và đói trong một thời gian dài.

Giống như tắc kè hoa, bạch tuộc có khả năng biến đối màu sắc cơ thể thích nghi với điều kiện môi trường xung quanh để có thể lẩn tránh kẻ thù một cách hoàn hảo nhất. Ngoài ra, bạch tuộc có thể phun mực vào đối phương khi gặp nguy hiểm. Mực tối khiến cho những kẻ tấn công này không thể nhìn thấy bạch tuộc và chúng dễ dàng tẩu thoát.

Một số sự thật thú vị về xúc tu của bạch tuộc:

• Các xúc tu chứa 2/3 các nơ-ron của bạch tuộc. Điều này có nghĩa là đám này có thể bán tự trị. Chúng có thể xem là một đám rắn được huấn luyện hơn là các tứ chi có thể kiểm soát được. Bạn có thể bảo chúng làm gì đó, nhưng chúng có làm hay không lại là chuyện khác. Điều này cũng đồng nghĩa là bạch tuộc không biết được mấy cái xúc tu của mình ở đâu, và kết quả là nó không thể dựng hình ảnh tổng thể của vật mà nó chạm vào trong bộ vi xử lý của mình.
• Một xúc tu của bạch tuộc có thể làm một việc trong khi cái còn lại đang làm việc khác. Chúng nó còn có thể phản ứng ngay cả khi đã đứt lìa khỏi người.
• Bạch tuộc cũng có thể tách xúc tu ra nếu cần thiết, và chúng sẽ mọc lại!
• Xúc tu của bọn nó có khoảng 240 giác hút. Giant Pacific Octopus (Bạch tuộc Khổng lồ Thái Bình Dương) có thể nâng 16kg chỉ với một cái xúc tu. Mấy con bạch tuộc cũng có thể nếm mọi vật qua xúc tu của mình.
• Đấu vật bạch tuộc là một môn thể thao phổ biến vào những năm 1960.
• Loài bạch tuộc có thể phun mực đen để xao nhãng kẻ thù. Một số loài còn có thể phun mực thành hình của mình để làm mấy con săn mồi tấn công ảo ảnh của mình nữa.Mực này cũng có hại về mặt thể chất – nó có thể làm mù sinh vật và làm nhiễu vị giác và thính giác của sinh vật. Mấy con bạch tuộc khờ không thoát được mực của chính nó thì cũng tèo

Bạch tuộc là một sinh vật phức tạp đáng ngạc nhiên với 500 triệu tế bào thần kinh trên đầu và thân, có khả năng lập kế hoạch, suy diễn và tiên đoán chuyển động. Các nhà khoa học cho biết, máu của bạch tuộc có màu xanh.

Hemocyanin - sắc tố khiến máu bạch tuộc có màu xanh, chịu trách nhiệm cho việc giữ chúng tồn tại ở môi trường khắc nghiệt có nhiệt độ cực cao hoặc cực thấp. Hemocyanin là một protein trong máu chứa 2 nguyên tử đồng (Cu) liên kết nghịch với 1 phân tử Oxy đơn (O2). Sự oxy hóa làm thay đổi màu sắc từ Cu(I) không màu khi chưa nhận oxy thành Cu(II) màu xanh khi nhận oxy. Đó là một phần của huyết tương ở những động vật không xương sống.

Hemocyanin sắc tố xanh liên kết chặt chẽ với oxy trong máu và vận chuyển đi khắp cơ thể của bạch tuộc để cung cấp cho các mô, một yếu tố quan trọng cho sự tồn tại. Bạch tuộc có ba trái tim và cần oxy nhiều hơn hầu hết các động vật không xương sống khác, do đó hemocyanin giúp bạch tuộc có được một nguồn cung cấp oxy ổn định, ngay cả khi nó không có sẵn trong môi trường sống của bạch tuộc. Hemocyanin cũng đảm bảo sự sống sót cho bạch tuộc tại nhiệt độ có thể gây tử vong cho nhiều sinh vật khác, từ 28 độ F (âm 1,8 độ C) đến nhiệt độ siêu nóng gần các lỗ thông nhiệt dưới đáy biển.

Ngược lại, máu động vật có vú (bao gồm cả chúng ta) có màu đỏ vì nó có chứa hemoglobin giàu nguyên tố sắt.

Gần như tất cả các loài bạch tuộc đều là động vật ăn thịt săn mồi, có nghĩa là chúng ăn vật chất để tồn tại. Nói chung, bạch tuộc có xu hướng nhắm vào những con mồi có cùng kích thước hoặc nhỏ hơn chúng. Chúng thích áp đảo con mồi của mình, vì vậy sẽ hiếm khi tấn công thứ gì đó lớn hơn chúng, thường là khi tự vệ hoặc khi chúng cảm thấy bị đe dọa.

Nhìn chung, động vật giáp xác, động vật thân mềm và cá là một trong những loại thức ăn phổ biến nhất mà bạch tuộc ăn. Ngược lại, chúng có xu hướng tránh những sinh vật có khả năng phòng thủ tự nhiên như sò đá và bào ngư. Bạch tuộc đòi hỏi nhiều protein và một số loài, chẳng hạn như Bạch tuộc Thái Bình Dương khổng lồ, sẽ ăn từ 2% đến 4% trọng lượng cơ thể của chúng trong một ngày. Hầu hết bạch tuộc không kén ăn, nhưng nhiều loài lại tỏ ra thích một số loại thức ăn nhất định.

Các loại thức ăn mà bạch tuộc thường ăn:

• Cua
• Tôm hùm
• Tôm
• Cá (nhỏ hơn kích thước của chúng)
• Cá mập
• Sò
• Ốc sên
• Sò
• Giun
• Các loài động vật lớp thân mềm khác

Bạch tuộc thường săn mồi vào lúc hoàng hôn. Cua, tôm càng, và các động vật thân mềm hai mảnh vỏ (động vật thân mềm hai vỏ như sò) được ưa thích, mặc dù bạch tuộc cũng ăn hầu như bất cứ loài mồi gì nó có thể bắt. Nó có thể thay đổi màu sắc để phù hợp với môi trường xung quanh của nó, và có thể nhảy khi có con mồi không thận trọng mà đi lạc trên đường đi của nó. Con mồi bị tê liệt bởi một chất độc thần kinh do loài bạch tuộc này tiết ra, bạch tuộc có thể nắm bắt con mồi của nó bằng cách sử dụng cánh tay mạnh mẽ của nó với hai hàng giác hút. Nếu nạn nhân là một động vật thân mềm có vỏ, bạch tuộc sử dụng cái mỏ của nó ra một cái lỗ trong vỏ trước khi hút thịt ra.

Bạch tuộc sở hữu hệ thống thần kinh độc đáo khiến chúng rất thành thạo trong việc điều hướng môi trường và tìm kiếm thức ăn. Chúng có tầm nhìn nhạy bén và có thể nhìn tốt cả trong điều kiện ánh sáng ít và cực tối gần đáy biển. Với tầm nhìn phân cực, chúng có thể kiểm soát lượng ánh sáng đi vào mắt, giúp chúng có thể nhìn được cả trong ánh sáng chói và ánh sáng yếu.

Ngoài thị giác, bạch tuộc phụ thuộc rất nhiều vào xúc giác tuyệt vời của chúng. Mỗi giác hút trên 8 cánh tay của bạch tuộc chứa hàng nghìn tế bào thần kinh cho phép chúng giải thích thông tin thông qua xúc giác. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy rằng những kẻ hút máu của chúng được trang bị các cơ quan thụ cảm cho phép chúng nếm và ngửi môi trường của chúng. Chỉ cần cảm nhận thức ăn, họ có thể phân biệt được mùi vị của món ăn và xác định xem đó có phải là một bữa ăn đáng giá hay không.

Con người thường bắt bạch tuộc để làm thức ăn, đôi khi họ giữ chúng trong bể để làm vật nuôi.

Làm thức ăn: Nhiều nơi trên thế giới bắt bạch tuộc để ăn. Tua và các bộ phận khác được chế biến theo nhiều cách, thường là tùy thuộc vào mỗi loại bạch tuộc. Bạch tuộc còn là một thực phẩm phổ biến đối với đầu bếp Nhật, giống như sushi, takoyaki và akashiyaki. Một số loài bạch tuộc còn được dùng để ăn sống và làm thực phẩm bồi bổ sức khỏe.

Làm vật nuôi: Bạch tuộc khó có thể bị giam cầm, nhưng một số người vẫn giữ chúng làm vật nuôi. Bạch tuộc thường có thể thoát khỏi các bể giam nó. Một con bạch tuộc nhỏ hay trưởng thành tùy thuộc vào giống loài của nó. Chọn một trong những loài bạch tuộc nổi tiếng, như loài bạch tuộc hai đốm California, một con bạch tuộc nhỏ cỡ một trái bóng tennis có thể đã trải qua đầy đủ vòng đời của nó. Kích thước của bạch tuộc có thể rất lớn. Những con bạch tuộc bị nhốt có khả năng mở nắp bể của mình và sống ngoài không khí trong một khoảng thời gian. Chúng còn có thể bắt và giết một số loại cá mập.

Trong văn hóa: Hình tượng con bạch tuộc cũng phổ biến trong văn hóa và được khuôn mẫu như những sinh vật khổng lồ trồi lên từ đáy đại dương để ăn thịt người tấn công và phá hủy tàu bè. Trong tiểu tuyết Con bạch tuộc (La Piovra), hình tượng này ám chỉ những băng nhóm tội phạm Mafia vươn cái vòi bạch tuộc đi khắp nơi. Mụ phù thủy Ursula trong tiểu thuyết Nàng tiên cá có hình dạng phần thân dưới là con bạch tuộc. Hình tượng con bạch thuộc là quái vật truyền cảm hứng cho nhân vật Cthulhu là quái vật vũ trụ được thiết kế nguyên mẫu của con bạch tuộc với vô vàn những cái xúc tu.