У головоногих моллюсков (таких как осьминоги, каракатицы и головоногие моллюски) половая система является сложной и разнообразной. У самцов она включает семенники, которые производят сперматозоиды, и семенные протоки, через которые сперматозоиды передаются к самкам во время оплодотворения. У самок обычно есть яичники, в которых происходит формирование яйцеклеток, и яйцеводы, по которым яйцеклетки передаются к внешней среде или к самцу для оплодотворения.

Головоногие моллюски могут использовать различные способы оплодотворения, включая внешнее оплодотворение (когда самка откладывает яйца в воду, а самец обливает их спермой) или внутреннее оплодотворение (когда сперматозоиды передаются напрямую внутрь самки). У осьминогов, например, самцы обычно используют сперматофоры (специальные капсулы с семенной жидкостью), которые они передают самкам для оплодотворения.

Разнообразие половой системы головоногих моллюсков свидетельствует о их эволюционной адаптации к различным условиям среды обитания и способам размножения.