La pieuvre fait preuve d'une intelligence étonnante . Elle serait capable de mémorisation et d'apprentissage. Par exemple, des pieuvres ont appris à retirer le couvercle d'un bocal pour accéder à la nourriture contenue dans ce dernier[.
Pour des raisons inexpliquées, il arrive également aux pieuvres de disposer des coquillages ou débris autour de leur habitat. Certains comparent ce comportement à une forme de décoration[].
Elles possèdent une mémoire, stockée dans leurs nombreux neurones, dont deux-tiers se situent à l’intérieur même de leurs tentacules[. Les poulpes de Méditerranée sont sans conteste les plus astucieux car, vivant dans l’environnement relativement hostile de l’Empédocle, volcan sous-marin situé entre la Sicile et la Tunisie, ils ont appris à éviter les éruptions volcaniques et à en tirer un avantage : de nombreux crustacés meurent lors de ces éruptions, et les poulpes, qui ont la faculté de ressentir les vibrations émises par le volcan quelques minutes avant, s'enfuient alors pour revenir par la suite déguster les crustacés, qu'ils apprécient[]. Les filets des pêcheurs qui, chez d’autres espèces, causent des ravages, semblent profiter au poulpe de Méditerranée qui s'accroche au filet pour attendre qu’un ou plusieurs poissons viennent s'y prendre pour les dévorer facilement[
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