人类只有一个大脑，它是身体所有神经系统和器官的控制中心。但是章鱼不一样，章鱼有九个大脑，更大的神经中枢大脑位于它们的头部。剩下的八个大脑分布在它们的八个触角上。
由于这种特殊的大脑分布，章鱼体内只有40%的神经系统集中在大脑中枢附近，剩下的60%分布在八个触角中。所以章鱼可以灵活协调地控制自己的八条触手，也可以让触手完成高度复杂的动作，远比人类的四肢灵活。
由于有9个大脑和4000万个受体，章鱼为自己配备了“思维皮肤”。章鱼作为一种攻击手段很少的软体动物，是许多海洋动物捕猎的首选。当遇到天敌时，章鱼可以在0.2秒内将自己的肤色模仿成周围环境的颜色，并用四肢弯曲表演，让自己看起来更像“假的”；必要时，章鱼甚至可以调整皮肤的光滑纹理，使其表现更加逼真。
《实验生物学杂志》的文章称，章鱼的皮肤中含有和眼睛一样的色素蛋白，可以让它们用皮肤感知光线，某种程度上可以算是章鱼的第六感。章鱼有九个大脑，三个心脏和两个记忆系统。更神秘的是，人类至今还没搞清楚章鱼的智力是怎么来的。地球上出现了一个物种，然后突然以某种未知的方式获得了智力，所以很多科学家都把章鱼当成了外星物种，然而这种毫无根据的说法很快被否认。
2015年后，科学家通过研究获得了章鱼DNA的蓝图，发现章鱼有大量与大脑形成相关的基因；在此之前，这样的基因只存在于脊椎动物中。在大多数动物建立遗传信息的过程中，mRNA是无法调整的，即使是人类也只能调节一小部分mRNA。而章鱼这种类似虫子的物种，完全不遵循“中心法则”，它的大脑mRNA大部分都会被编辑。因为章鱼可以编辑mRNA，所以它们的大脑比人类想象的更复杂，超出了人类的理解范围。所以章鱼智力的“来源”可能不是人类已知的基因。然而目前科学家正在探索章鱼对mRNA的编辑是否真的是它们智力的关键因素。
