Serce układowe nie działa, kiedy zwierzę pływa, dlatego też ośmiornica, płynąc, szybko się męczy i preferuje pełzanie.

Krew zawiera bogate w miedź białko hemocyjaninę, transportującą tlen. Zwiększa ona lepkość krwi, co sprawia, że przepompowanie krwi przez ciało wymaga znacznego ciśnienia. Ciśnienie tętnicze może więc przekraczać 75 mmHg. W chłodnych warunkach o niskiej dostępności tlenu hemocyjanina transportuje go wydajniej od hemoglobiny. Hemocyjanina – przeciwnie do hemoglobiny, która znajduje się w czerwonych krwinkach – jest rozpuszczona w osoczu i nadaje krwi niebieskawy kolor.

Serce układowe składa się z trzech jam o mięśniowych ścianach: jednej komory i dwóch przedsionków. Naczynia krwionośne – tętnice, naczynia włosowate i żyły – są wyścielone nabłonkiem nietypowym dla bezkręgowców. Krew wypływa z serca układowego przez aortę i tętnice do naczyń włosowatych, po czym do żył i wreszcie do żyły głównej (czczej), po czym pompowana jest dalej do skrzeli przez serca skrzelowe i wraca do serca układowego. Większość układu żylnego ma zdolność kurczenia się, podobnie jak tętnice, co wspomaga przepływ krwi.

Wymiana gazowa thumb|Ośmiornica z otwartym syfonem.