Ba cơ chế phòng thủ tiêu biểu của bạch tuộc là phun mực, ngụy trang và tự tháo bỏ tua. Hầu hết loài bạch tuộc có thể phun ra một loại mực hơi đen và dày như một đám mây lớn để thoát khỏi kẻ thù. Thành phần chính của loại mực đó là melamin, nó cũng là hóa chất tạo nên màu tóc và da của con người. Loại mực này cũng làm át mùi giúp bạch tuộc dễ dàng lẩn trốn những loài thú ăn thịt khát máu như cá mập.[11]

Bạch tuộc ngụy trang nhờ vào những tế bào da chuyên dụng có thể thay đổi màu, độ mờ và tính phản chiếu của biểu bì. Những tế bào sắc tố chứa đựng màu vàng, cam, đỏ, nâu, hay đen; một số loài có 3 màu, số khác có 2 hay 4.[12] Những tế bào thay đổi màu khác cũng có thể được dùng để liên lạc hay cảnh báo những con bạch tuộc khác. Loài bạch tuộc xanh có độc sẽ trở thành màu vàng sáng khi bị khiêu khích.

Một số loài bạch tuộc có khả năng tách rời tua của nó khi bị tấn công giống như loài thằn lằn vậy. Những cái tua đã rời giúp đánh lạc hướng kẻ thù.

Một số loài bạch tuộc, như bạch tuộc Mimic, có cách phòng vệ thứ tư. Chúng có thể biến đổi thân thể linh hoạt và màu sắc của mình giống những con vật nguy hiểm hơn như rắn biển hay lươn.[13][14]