雌性墨鱼具卵巢一个，由体腔上皮发育形成，位内脏团后端生殖腔中。卵成熟后落在腔内，由粗大的输卵管输出，管末端细，雌性生殖初开口于鳃基部前方外套腔内。输卵管近末端处有一输卵管腺，其分泌物形成卵的外壳。
雄性墨鱼有精巢一个，位体后端生殖腔中，来源于体腔上皮。由许多小管集成，精子成熟后，由小管落入生殖腔中。