У многих видов есть специальный защитный орган — чернильная железа, старые клетки которой, разрушаясь, секретируют черный пигмент меланин, выбрасываемый через анальное отверстие и создающий в воде «чернильное облако», в котором животное легко скрывается. Размеры кальмаров колеблются от 2 см (планктонные виды) до 18 м (гигантские кальмары). Мелководные кальмары меняют окраску, глубоководные — почти прозрачные или однотонные. Нектонные (свободно плавающие) и некто-бентосные (придонные) кальмары — активные стайные хищники; планктонные — ведут малоподвижный образ жизни и кормятся крупным планктоном. Все виды соскребают частицы пищи с поверхности пищевого куска, используя радулу — гибкую пластинку на поверхности мускулистого языка, несущую хитиновые зубы.
Кальмары широко распространены в полносоленых морях — от студеных полярных вод до коралловых лагун, от поверхности до абиссальных глубин. Многочисленные яйца в слизистых капсулах самки откладывают на дно или в толщу воды, иногда выметывают их по одиночке.
Отряд кальмаров делится на два подотряда: неритические кальмары (Myopsida) и океанические кальмары (Oegopsida). Общее число видов превышает 250.
Неритические, или закрытоглазые, кальмары отличаются тем, что передняя камера глаза целиком затянута прозрачной роговицей и связана с внешней средой лишь крохотным отверстием — слезной порой. Кроме того, у этих животных присутствуют щупальца на протяжении всей жизни, мантия мускулистая, а присоски на конечностях никогда не преобразуются в крючья. Фосфоресцирующие органы — фотофоры — не развиты или имеют примитивное строение. Неритические кальмары обитают в водах шельфа и редко опускаются глубже 500 м, будучи распространенными лишь в теплых и умеренных водах.
Океанические кальмары — обитатели открытых морских просторов и скоростные пловцы, уступающие лишь спринтерам моря, таким как меч-рыба, тунцы и дельфины. Спасаясь от погони, некоторые головоногие могут даже вылетать из воды и проноситься над волнами десятки метров, попадая на палубу кораблей. Кроме высокой скорости перемещения, кальмар, чуть изогнув воронку в сторону, может резко изменить направление движения или «дать задний ход». Лучшими «пилотами» среди кальмаров являются кальмары-оммастрефиды. Способность к полету отражена в названии этих животных: Sthenoteuthis pteropus — крылорукий кальмар, Ornitoteuthis — кальмар-птица, Pterygioteuthis — крылатый кальмар и т. д. «Живые ракеты», «живые стрелы» — так называют головоногих, обитающих в поверхностных слоях воды. Быстрота движения обеспечивается наличием мощных мышц, а также необычайно высокой проводимостью нервной системы. Огромная быстрота передачи импульса возможна благодаря необычайной толщине нервных волокон (например, у Dosidicus gigas они в 100 раз толще, чем у человека). Вот уже несколько десятилетий проводятся научные исследования нервной организации кальмаров, представляющей собой наиболее совершенную сигнальную систему во всем животном царстве.
Среди глубоководных кальмаров немало причудливых форм: небольшие моллюски со слабой мантией и длинными, необычайно толстыми руками с цепочкой «огней» на них, с тонкими длинными щупальцами (Chiroteuthis veranyi); с длинными тонкими конечностями (семейство Joubiniteuthidae); со стебельчатыми глазами (Bathothauma). У мезопелагических кальмаров очень большое разнообразие в числе и расположении светящихся органов — фотофоров, которые могут располагаться на мантии, голове, руках, глазах, внутри мантии и даже внутри терминального конуса гладиуса.
Весьма примечателен кальмар-ромб (Thysanoteuthis rhombus), названный так за большой ромбовидный плавник, идущий вдоль всей мантии моллюска.
Эти мощные мускулистые животные с совершенным запирающим вороночно-мантийным аппаратом могут вылетать из воды, но обычно плавают неторопливо, держась парами или небольшими группами.
Характерной особенностью большинства океанических кальмаров являются их крючья, возникшие из центрального зуба хитинового кольца присоски за счет его роста и сближения его боковых сторон. Крюк одет кожистым капюшоном, и из отверстия торчит лишь его острие. Крючья, как и присоски, сидят на стебельках и могут вращаться. Исключение составляют крючья на руках кальмара Mesonychoteuthis hamiltoni, одетые плотными капюшонами и приросшие к поверхности руки. У большинства кальмаров кожа гладкая, но у ряда форм покрыта хрящевыми бугорками, а у некоторых (Lepidoteuthis) — плоскими «чешуйками».