Die Kopffüßer sind vom Nervensystem und den Sinnesleistungen (komplexes Jagdverhalten, Kommunikation und Farbveränderung) her die am höchsten entwickelten Weichtiere. Wichtige Ganglien sind zu einem massigen und bei einigen Vertretern komplexen Gehirn verschmolzen. Zahlreiche optische Nerven verbinden es mit den zum Teil großen und als leistungsfähige Linsenaugen entwickelten, paarigen Augen. Große Nerven innervieren jeden Arm, andere die Mundregion und den Hinterkörper (Eingeweidesack). Riesenfasern ermöglichen eine sehr schnelle Reizleitung. 

Cephalopoda hatten den Höhepunkt ihrer Entwicklung, erkennbar an den Artenzahlen, in lange zurückliegenden Erdzeitaltern - vom Oberkambrium bis in die Kreidezeit. Etwa 30.000 ausgestorbenen Arten stehen ca. 1000 rezente Kopffüßerarten entgegen. Die meisten ausgestorbenen Vertreter hatten scheibenförmige plan-spiralige Schalen oder internisierte kegelförmige Schalen mit mehreren gas- oder flüssigkeitsgefüllten Kammern, die als hydrostatischer Apparat funktionierten. Solche externen Schalen sind nur noch bei wenigen rezenten Arten der Nautiloida (Tetrabranchiata) erhalten (z. B. Nautilus pompilius), die auch als lebende Fossilien bezeichnet werden. Die modernen Coleoidea werden in Octopodiformes mit Octopoda (Achtarmige Tintenschnecken mit Zirrenträgern, Kraken und Papierbooten) und Vampyromorpha (Vampirtintenfische) und Decapodiformes (Zehnarmige Tintenschnecken mit Sepien und Kalmaren) unterteilt.  

Bei den Coleoidea sind höchstens noch Schalenreste zu finden, als relativ große (internisierte, d. h. vom Mantel umschlossene) gekammerte Schale mit hydrostatischer Funktion beim zehnarmigen Posthörnchen Spirula spirula, als noch stärker reduzierte, ebenfalls im Körper liegenden aber noch gekammerten Schulp mit hydrostatischer Funktion bei Sepien und als reine Skelettelemente der Chitinstab bei den Kalmaren. Achtarmige Tintenschneckenund der Vampirtintenfisch weisen keinerlei Schalen mehr auf. Bei den Papierbooten (Argonauta) bilden die Weibchen eine sekundäre Schale als Eibehälter. 

Im Vivarium des Naturkundemuseums halten wir zwei Kopffüßer-Arten ("Tintenfische") - den Gemeinen Kraken (Octopus vulgaris) und Sepien (Gewöhnlicher Tintenfisch Sepia officinalis). Erfahren sie mehr über die Biologie dieser Tiere im Video zu den im Vivarium gehaltenen Kopffüßern - Kraken und Sepien