Głowonogi wśród mięczaków osiągnęły najwyższy stopień organizacji. Prowadzą ruchliwy, drapieżny tryb życia. Ciało składa się z głowy otoczonej wieńcem ramion oraz lejka, który służy do wyrzucania wody z jamy płaszczowej, co umożliwia ruch na zasadzie odrzutu. Muszla jest silnie zredukowana lub jej brak. Na ramionach znajdują się przyssawki. Mają silnie rozwinięty mózg otoczony puszką z tkanki chrzęstnej oraz bardzo dobrze rozwinięte oczy. Wykazują dużą inteligencję oraz rytuały godowe.
Głowonogi dzieli się na dwuskrzelne i czteroskrzelne. Przedstawicielami dwuskrzelnych są kałamarnice, mątwy, ośmiornice. Jedynymi żyjącymi czteroskrzelnymi są prymitywne łodziki („żywe skamieniałości”). Wymarłymi głowonogami są aurmonity i belemnity, których szczyt rozwoju przypada na erę mezozoiczną.