Ahtapotlar, kafasında bulunan, yemek borusunun etrafına dolanan yalnızca bir gerçek beyne sahiptir. Ancak, ahtapotlar beyni oluşturan hücreler, başka yerlerde de başka nöronlara sahiptir. Ahtapotlar, gözlerinin yakınında ve kollarının içinde bulunan diğerlerinin yanında çok sayıda nöron vardır.
Wired.com'a göre, ahtapotların toplamda yaklaşık 500 milyon nöronu var. Bunların yaklaşık üçte ikisi canlıların kollarında bulunur, gerisi ise gerçek beyin ile optik sinirlerin yakınında toplanan hücreler arasında bölünür. Bilim adamları ahtapotların beyni ve zekası hakkında daha fazla şey öğrenmeye çalışıyorlar, çünkü yunuslar, köpekler ve insanlar gibi diğer zeki hayvanlarla çok yakından ilgilidirler.