Todos os seres vivos requerem oxigênio. O oxigênio é encontrado na atmosfera e na água. As criaturas aquáticas precisam filtrar o oxigênio da água e depois descartá-la para que não se afogem. Um polvo respira da mesma maneira que todos os peixes respiram, através de brânquias. As brânquias de polvo estão localizadas dentro da cavidade do manto e saem para a parte externa do corpo. As necessidades de oxigênio do polvo são maiores do que as exigidas por outros moluscos e peixes. Os polvos têm três corações, dois dos quais bombeiam sangue pelas duas brânquias, onde ocorre a troca de oxigênio.
A boca de um polvo

A boca de um polvo em forma de bico está localizada na cavidade da lareira a parte de trás da cabeça bulbosa do polvo, cercada pelas oito pernas. A boca é a porta de entrada para a cavidade do manto, que possui brânquias dentro dela. O polvo usa essas brânquias para respirar. A água é trazida para a boca do polvo e depois é passada pelas brânquias de volta ao corpo d'água. À medida que a água é empurrada sobre a superfície das brânquias, o oxigênio é absorvido pelo sangue nos capilares das brânquias.
As brânquias de um polvo

As brânquias são constituídas por muitos filamentos de penas. Esses filamentos permitem uma área de superfície maior através da qual a água oxigenada passa. Essa grande área de superfície permite que o polvo capte mais oxigênio por respiração.
A troca de oxigênio

O oxigênio é captado nos capilares pelo processo de uma troca de contracorrente. O oxigênio será coletado nos capilares, desde que o nível de oxigênio seja mais baixo no sangue do que na água. Quando a troca de contracorrente é usada, o nível de oxigênio sempre será mais baixo no sangue do que na água, permitindo a troca contínua de oxigênio entre a água e o sangue. Isso significa que o sangue viaja em uma direção oposta nas brânquias do que na direção em que a água está viajando. Isso permite a troca máxima de oxigênio por respiração. Devido ao sistema muscular do polvo que contrai a cavidade do manto, forçando a água oxigenada através dos filamentos das brânquias, o polvo é capaz de atingir o nível de saturação de oxigênio de 11% no sangue necessário. A maioria dos peixes e moluscos atinge uma média de 3% de saturação de oxigênio.
Os corações de um polvo

Dois dos três corações de um polvo bombeiam sangue pelas brânquias. O sangue oxigenado que sai das brânquias retorna ao terceiro coração para ser bombeado de volta pelo resto do corpo. O oxigênio é transportado na proteína hemocianina em vez dos glóbulos vermelhos comumente encontrados em mamíferos. A hemocianina é dissolvida no plasma do sangue, causando uma cor azul no sangue.