Les pieuvres sont des carnivores qui se nourrissent de crabes, de palourdes, de calmars et de poissons en attrapant leurs proies puis en retournant dans leurs tanières pour les consommer. Diverses méthodes sont utilisées pour extraire la partie comestible de leurs proie d'une coquille, par exemple en la déchirant avec leurs appendices, en utilisant le bec au centre de leurs bras pour l'écraser ou en perçant la coquille et en injectant un venin paralysant dans un repas encore vivant. Après qu'une pieuvre ait consommé sa proie, elle laissera les restes squelettiques, appelés "dépotoirs", à l'extérieur de sa tanière.
Une pieuvre utilise diverses méthodes pour acquérir de la nourriture, telles que la poursuite et la traque, ou dans une stratégie d'embuscade, émergeant soudainement d'un emplacement camouflé et attaquant sa proie. Leurs méthodes de chasse sont basées sur un sens visuel aiguisé qui leur permet également d'utiliser leurs quatre paires de bras dans des mouvements bien coordonnés.
Les pieuvres sont considérées comme la forme de vie invertébrée la plus intelligente, mais l'étendue exacte de leurs capacités d'apprentissage par observation est un sujet très débattu parmi les biologistes. Des expériences impliquant des labyrinthes et la résolution de problèmes ont montré qu'ils possèdent à la fois une mémoire à long terme et à court terme. Certains tests en laboratoire ont démontré que les poulpes peuvent être facilement entraînés à différencier une variété de motifs et de formes. Les personnes qui ont gardé une pieuvre comme animal de compagnie ont parfois été surprises de découvrir que ses capacités de résolution de problèmes lui permettaient de s'échapper de son aquarium et de monter dans un autre pour chercher de la nourriture.
