地球上绝大部分生物都是一个大脑，一颗心脏。可是章鱼不同，章鱼拥有着3颗心脏，9个大脑。光是这一点，三心九脑的章鱼就已经违背了进化论。
章鱼的三颗心脏，一颗是大的，另外两颗是小的。那颗大的心脏主要是给整个身体供血，被称为体心脏；两颗小的心脏是为了给章鱼的鳃提供血液运输的作用，被称为鳃心脏。

章鱼的九个大脑，其中一个是主脑，位于章鱼的头部，其余8个大脑分别分布在章鱼的8条触手的腕足上。这也让章鱼的有两套记忆系统，一套就是主脑的记忆系统，另一套记忆系统直接与吸盘相连。
由于每条触手中都有一颗大脑，所以章鱼的每一只触手都有自主的行动能力，有时候可以不需要主大脑发出指令，就能依据外界环境迅速做出反应。
