Une étoile de mer retourne son estomac afin de consommer des aliments trop gros pour passer par sa petite ouverture buccale. En enroulant son estomac autour d'un objet ou en l'insérant dans une coquille, une étoile de mer digère extérieurement sa nourriture, produisant une bouillie qu'il aspire dans son corps lorsqu'il retire son estomac. La nourriture passe ensuite dans son estomac pylorique, qui reste toujours à l'intérieur de son corps.
Les étoiles de mer possèdent deux estomacs : l'estomac cardiaque et l'estomac pylorique. L'estomac cardiaque est expulsé afin de digérer de gros aliments. Le processus digestif se termine dans l'estomac pylorique.
Les étoiles de mer ont un appétit vorace, leur taille et leur maturité ne dépendent pas de leur âge mais de leur alimentation. Une étoile de mer se nourrit de moules, de palourdes, d'huîtres et d'autres bivalves, attachant quelques ventouses à la coquille de sa proie et exerçant ensuite une traction longue, lente et continue pour forcer l'ouverture de la coquille. On a même vu de grosses étoiles de mer manger de petits poissons. Certaines étoiles de mer complètent leur alimentation avec du corail et des algues ou des particules de nourriture dans l'eau.
La capacité unique de l'étoile de mer à rétracter son estomac une fois éjectée a été liée à un neuropeptide particulier. Les neuropeptides sont des molécules que les neurones du cerveau utilisent pour communiquer entre eux. Fait intéressant, ce neuropeptide particulier est lié de manière évolutive au neuropeptide humain qui est responsable de la régulation de l'excitation et de l'anxiété.
