Según el Museo de Paleontología de la Universidad de California, la reproducción de los cefalópodos difiere mucho de las estrategias reproductivas de la mayoría de los otros moluscos. La mayoría de los cefalópodos existen como entidades masculinas o femeninas discretas, en lugar de ser hermafroditas como lo son muchos moluscos simples.
Antes de que tenga lugar la fertilización, la mayoría de los cefalópodos se involucran en rituales de cortejo elaborados. Estos rituales pueden incluir movimientos coreografiados y cambios de color drásticos. Una vez que la mujer ha aceptado los avances del hombre, deposita un espermatóforo en su manto o cavidad corporal. Esta transferencia de espermatóforos a menudo ocurre con la ayuda de un pene, pero algunas especies usan un tentáculo en su lugar. Algunas especies tienen un tentáculo altamente modificado que sirve para este propósito, llamado hectocotylus. En muchas especies, el hectocotylus se separa y permanece dentro de la hembra.
Muchos cefalópodos, como la sepia y los nautilos, mueren después de la reproducción. Otros, como los pulpos, crían sus huevos durante algún tiempo antes de morir. La mayoría del grupo de huevos de pulpo eclosionan antes de que la madre muera. Algunas de las especies más pequeñas solo viven durante aproximadamente un año, mientras que las especies de calamar pelágico más grandes viven durante aproximadamente siete años. Poco tiempo después, la hembra deposita los huevos en racimos sobre una superficie dura. Los jóvenes cefalópodos emergen en versiones en miniatura de los adultos.
