Potrivit Muzeului de Paleontologie al Universității din California, reproducerea cefalopodului diferă foarte mult de strategiile de reproducere ale majorității celorlalte moluște. Majoritatea cefalopodelor există ca entități discrete de sex masculin sau feminin, în loc să fie hermafroditi, așa cum sunt multe moluște simple.
Înainte ca fertilizarea să aibă loc, cei mai mulți cefalopode se angajează în ritualuri elaborate de curte. Aceste ritualuri pot include mișcări coregrafice și schimbări drastice de culoare. Odată ce femeia a acceptat avansurile bărbatului, el depozitează un spermatofor în mantaua sau în cavitatea corpului. Acest transfer de spermatophore apare adesea cu ajutorul unui penis, dar unele specii folosesc în schimb un tentacul. Unele specii au un tentacul foarte modificat care servește acestui scop, numit hectocotylus. La multe specii, hectocotlul se detașează și rămâne în interiorul femeii.
Multe cefalopode, cum ar fi sepie și nautiluses, mor după reproducere. Alții, cum ar fi caracatitele, își înmugurează ouăle timp de ceva timp înainte de a muri. Cea mai mare parte a grupului de ouă de caracatiță eșuează înainte ca mama să moară. Unele dintre speciile mai mici trăiesc doar aproximativ un an, în timp ce cele mai mari specii de pești de calamari trăiesc timp de aproximativ șapte ani. După o scurtă perioadă de timp, femela depune ouăle în clustere pe o suprafață tare. Cefalopodii tineri sunt expuși în versiuni miniatură ale adulților.
