De acordo com o Museu de Paleontologia da Universidade da Califórnia, a reprodução dos cefalópodes difere muito das estratégias reprodutivas da maioria dos outros moluscos. A maioria dos cefalópodes existe como entidades masculinas ou femininas distintas, em vez de serem hermafroditas como muitos moluscos simples são.
Antes de ocorrer a fertilização, a maioria dos cefalópodes se envolve em elaborados rituais de cortejo. Esses rituais podem incluir movimentos coreografados e mudanças drásticas de cor. Assim que a fêmea aceita os avanços do macho, ele deposita um espermatóforo em seu manto ou cavidade corporal. Essa transferência de espermatóforo geralmente ocorre com a ajuda de um pênis, mas algumas espécies usam um tentáculo. Algumas espécies possuem um tentáculo altamente modificado que serve a esse propósito, chamado de hectocotylus. Em muitas espécies, o hectocotylus se desprende e permanece dentro da fêmea.
Muitos cefalópodes, como chocos e náutilos, morrem após a reprodução. Outros, como os polvos, chocam seus ovos por algum tempo antes de morrer. A maior parte do grupo de ovos de polvo chocam antes da morte da mãe. Algumas das espécies menores vivem apenas cerca de um ano, enquanto as maiores espécies de lulas pelágicas vivem cerca de sete anos. Pouco tempo depois, a fêmea deposita os ovos em cachos em uma superfície dura. Os jovens cefalópodes eclodem em versões em miniatura dos adultos.
