头足动物的起源有两种学说。一说是起源于尾腔纲（Caudofoveata）一个奇怪的动物：寒武纪的Nectocaris pteryx。它没有外骨骼，但却拥有头足纲特殊的漏斗喷射系统，两条灵活的腕。它的骨骼可能是退化掉，也有可能只是内部类似鱿鱼一样的支撑，或许根本无骨骼。

无论如何，这种柔软的生物在厚重盔甲包裹的寒武纪是个异类，而在此后数亿年的发展中，无壳/内壳头足动物始终是旁门左道，因此现在通常认为它只是上的一个旁支。