Leurs tentacules nombreux (environ 90) ne comportent pas de ventouses. Leur coquille est développée et enroulée vers l’avant, en forme de spirale. L’intérieur est cloisonné en différentes loges. Le corps du nautile occupe la dernière loge, qui est la plus grande. Un siphon traverse les cloisons. Les loges que n’occupe pas l’animal contiennent un mélange de gaz et de liquide à pression variable, fonctionnant comme une vessie natatoire. En faisant varier la proportion gaz-liquide dans les loges de la coquille, les nautiles peuvent ainsi monter ou descendre dans l’eau.