O polvo pertence ao filo dos moluscos, onde também se encontram seus parentes próximos: os caramujos, os caracóis e as lesmas, mas integra uma classe diferente, a dos cefalópodes, da qual fazem parte a lula, a sépia, o nautilus e o argonauta. A palavra cefalópode significa pés na cabeça, e é justificada pelo fato dos oito tentáculos do polvo, usados por ele para tudo (comer, movimentar-se, caçar, acasalar e etc.), nascerem diretamente da sua cabeça.
Formado quase totalmente por músculos, esses tentáculos são incrivelmente fortes e flexíveis, tendo força suficiente para, inclusive, lutar com tubarões. Como não possuem ossos e juntas (o polvo é um animal invertebrado), os tentáculos têm ampla liberdade de movimentos, podendo dobrar-se para a direita e para a esquerda, para cima e para baixo, e até mesmo imitar um braço humano, o que fazem tornando-se semi-rígidos e curvando-se nos lugares precisos. Estudos revelam que três quintos dos nervos dos polvos estão distribuídos ao longo dos seus tentáculos, admitindo-se, a partir daí, que nestes animais tais apêndices têm sistema nervoso independente. O que significa dizer que o cérebro de um polvo pode simplesmente delegar ordens, enquanto o tentáculo é responsável por decidir como executá-la. Para comprovar tal teoria cientistas separaram os nervos dos tentáculos dos nervos do corpo e do cérebro de um desses cefalópodes, e depois, ao fazerem cócegas nos primeiros, estes reagiram a elas exatamente como aconteceria em um exemplar saudável.
O dia-a-dia de um polvo praticamente só lhe oferece duas alternativas: caso não esteja preocupado com a sua própria defesa, provavelmente estará procurando alguma coisa para comer. Todos eles são predadores, alimentando-se dos peixes, crustáceos e invertebrados que caçam com os tentáculos e matam com o bico ósseo, a única estrutura rígida que possuem. Similar ao do papagaio, e localizado dentro da boca do animal, que fica na parte de baixo do seu corpo, entre os tentáculos, esse bico é usado para quebrar a concha de moluscos e rasgar a carne. Ao lado dele existe a rádula, uma língua farpada que é usada pelo caçador para retirar o animal capturado de dentro de seu invólucro calcário, depois dele aberto, e transformá-lo em refeição. As ventosas de seus tentáculos longos e flexíveis, dotadas de receptores químicos capazes de sentir o gosto daquilo em que estão tocando, penetram com facilidade em fendas, atrás de caranguejos e camarões, ao mesmo tempo em que seus corpos macios têm a propriedade de se comprimirem de tal forma, que isso lhes permite penetrar em espaços estreitos e capturar os pequenos peixes ou molucos que ali se abrigaram.
A expectativa de vida de um polvo varia, em média, de três a cinco anos (embora alguns autores garantam que seja maior) e por causa disso ele cresce rapidamente. Como seu organismo é extremamente eficiente na tarefa de transformar alimento em massa corporal, no final da vida o animal provavelmente terá, segundo biólogos, peso equivalente a um terço de tudo aquilo que tiver ingerido. Sua reprodução é sexuada, precedida de um ritual de acasalamento que pode durar horas, ou até mesmo dias. Quando a fêmea entra em seu período receptivo, libera na água um feromônio que atrai o macho e a previne de ser devorada por ele. Uma vez o parceiro sendo aceito, seu órgão sexual é introduzido na cloaca da fêmea, para fecundá-la.
Com relação a esse órgão, ele se desenvolve na época da reprodução (terceiro tentáculo direito modificado, chamado de hectocótilo), que a princípio só acaricia a fêmea. Mas depois ele retira do seu corpo os espermatóforos, grandes pacotes com espermatozóides, que em algumas espécies chegam a medir mais de um metro de comprimento. Cada um deles contém um órgão ejaculatório em forma de mola, preso por uma tampa na ponta. Usando seu hectocótilo, o macho empurra o pacote com espermatozóides para dentro do corpo da fêmea, e quando conclui a manobra, o pacote absorve água através de um sistema tipo seringa, a pressão da água empurra a tampa para fora, e as molas desenrolam-se, soltando a massa de esperma e derramando-a sobre os ovos da fêmea, que uma vez fecundada, pode pôr até mais de 150.000 ovos. Estes são depositados em uma cavidade rochosa e vigiados pela mãe durante o tempo necessário para a maturação. Durante esse período ela não se alimenta, e por isso morre pouco após a eclosão. Quanto ao macho, também morre alguns meses depois. Os filhotes, ainda em forma larvar, alimentam-se de pequenos animais do plâncton e de outras larvas, mas alguns seres vivos de maior tamanho fazem o mesmo com eles. Afora isso, pouca coisa mais se conhece sobre o início de vida dos polvos.
O polvo é um animal solitário que vive a maior parte do tempo em grutas e cavidades rochosas, escondendo-se de seus predadores. Ele possui uma excelente capacidade de disfarçar-se assumindo forma semelhante a algo do meio em que vive (mimetismo), chegando a enrugar a pele para ficar parecido com as rochas que lhe servem de esconderijo. Sua maestria nesse particular é tamanha que pode trocar a cor e a textura da pele enquanto nada rapidamente pelo fundo do mar, da mesma forma como em um segundo pode estar igual a uma pedra, para logo depois assumir a aparência da areia do fundo do mar, desaparecendo de novo em meio às algas que passaram a lhe servir de disfarce. Esse talento é proporcionado a ele pelos cromatóforos, células pigmentadas que contém, cada uma, três bolsas de cor, e das quais dezenas de milhares cobrem seu corpo. Controladas pelo sistema nervoso, essas cores, em complexas misturas, espalham-se de forma muito rápida pela pele, dando ao povo a capacidade de mudar de aparência em menos de um segundo.
O polvo é tido como o mais inteligente dos animais invertebrados, sendo capaz de aprender novos comportamentos, resolver problemas e memorizar novos trajetos. Estudos provaram que eles conseguem aprender, memorizar e utilizar conhecimentos adquiridos para resolver problemas, da mesma forma como também são capazes de planejar ações e de executá-las de acordo com o objetivo que almejam, visando favorecer a sua vida e a sua sobrevivência. Donos de boa capacidade visual, eles contam, ainda, com outro recurso para escapar dos predadores: a liberação de uma densa nuvem de tinta negra (ilustração) cuja principal substância é a melanina, que dá coloração aos cabelos e pele dos seres humanos. Além disso, como essa nuvem negra também possui cheiro, é capaz de confundir predadores como os tubarões, que dependem muito do olfato para capturar suas presas.
O fato de serem ao mesmo tempo solitários e inteligentes, é encarado pelos cientistas como uma combinação difícil de ser explicada, já que, no seu entendimento, a inteligência dos demais animais e humanos é proporcional à sua sociabilidade e necessidades dela decorrentes.