Theo Bảo tàng Cổ sinh vật học của Đại học California, sinh sản của cephalopod khác rất nhiều so với chiến lược sinh sản của hầu hết các loài nhuyễn thể khác. Hầu hết các loài cephalopods tồn tại dưới dạng thực thể đực hoặc cái riêng biệt, thay vì lưỡng tính như nhiều loài thân mềm đơn giản khác.
Trước khi quá trình thụ tinh diễn ra, hầu hết các loài động vật chân đầu đều tham gia vào các nghi lễ tán tỉnh phức tạp. Những nghi lễ này có thể bao gồm các chuyển động được biên đạo và thay đổi màu sắc mạnh mẽ. Khi con cái đã chấp nhận những tiến bộ của con đực, anh ta sẽ gửi một chất mang tinh trùng vào lớp áo hoặc khoang cơ thể của nó. Sự chuyển giao tinh trùng này thường xảy ra với sự trợ giúp của dương vật, nhưng một số loài sử dụng xúc tu để thay thế. Một số loài có một xúc tu đã được biến đổi cao để phục vụ mục đích này, được gọi là hecotylus. Ở nhiều loài, hecotylus tách ra và ở lại bên trong con cái.
Nhiều loài động vật chân đầu, chẳng hạn như mực nang và hải cẩu, chết sau khi sinh sản. Những con khác, chẳng hạn như bạch tuộc, ấp trứng một thời gian trước khi chết. Hầu hết các nhóm trứng của bạch tuộc đều nở trước khi mẹ chết. Một số loài nhỏ hơn chỉ sống được khoảng một năm, trong khi loài mực nổi lớn nhất sống được khoảng bảy năm. Một thời gian ngắn sau, cá cái lắng trứng thành từng chùm trên một bề mặt cứng. Những con cephalopod non nở ra thành phiên bản thu nhỏ của con trưởng thành.
