Alla levande saker kräver syre. Syre finns i atmosfären och i vatten. Vattendjur måste filtrera syret ur vattnet och sedan kasta vattnet så att de inte drunknar. En bläckfisk andas på samma sätt som alla fiskar andas, vilket är genom gälar. Bläckfiskgälarna är belägna inuti mantelkaviteten och kommer ut på utsidan av kroppen. Syrgasbehovet för bläckfisk är större än vad som krävs av andra blötdjur och fiskar. Bläckfiskar har tre hjärtan, varav två pumpar blod över de två gälarna, där syreutbytet äger rum.
Munnen på en bläckfisk.

En bläckfiskens näckliknande mun ligger på mantelhålan vid baksidan av bläckfiskens bulbous head, omgiven av de åtta benen. Munnen är ingången till mantelhålan som har gälar inuti den. Bläckfisken använder dessa gälar för att andas. Vatten föras in i bläckfiskmunnen och förs sedan genom gälarna tillbaka in i vattnet. När vattnet skjuts över ytorna på pälarna, plockas syre upp av blodet i kapillärerna i gälarna.
Gills of a Octopus.

Gälarna består av många fjäderiga filament. Dessa trådar möjliggör en större ytarea över vilken det syresatta vattnet passerar. Denna stora ytarea tillåter bläckfisken att ta upp mer syre per andetag.
Utbytet av syre

Syret plockas upp i kapillärerna genom processen mot motströmbyte. Syre kommer att plockas upp i kapillärerna så länge syrehalten är lägre i blodet än i vattnet. När motströmsbyte används kommer syrgasnivån alltid att vara lägre i blodet än i vattnet, vilket möjliggör kontinuerligt utbyte av syre mellan vattnet och blodet. Detta innebär att blod rör sig i en motsatt riktning i pälarna än riktningen som vattnet rör sig på. Detta möjliggör maximalt syreutbyte per andetag. På grund av det muskulösa systemet i bläckfisken som drar ihop mantelkaviteten och tvingar syrgasvatten över glödtrådarna, kan bläckfisken uppnå den 11 procentiga syremättnadsnivån i sitt blod som den kräver. De flesta fiskar och blötdjur uppnår i genomsnitt 3 procent syremättnad.
The Hearts of a Octopus |

Två av de tre hjärtorna i en bläckfisk pumpar blod genom pälarna. Det syresatta blodet som lämnar gälarna återgår till det tredje hjärtat som pumpas tillbaka genom resten av kroppen. Syre transporteras i proteinet hemocyanin istället för de röda blodkroppar som vanligtvis finns hos däggdjur. Hemocyanin upplöses i blodets plasma, vilket gör att blodet blir en blå färg.