Раковина наутилусов закручена в плоскую спираль и разделена внутри на ряд заполненных газом и водой камер. По мере роста животное перемещается во вновь образуемую камеру и отгораживается от предыдущих стенкой септой, в которой остается лишь узкое центральное отверстие. Хотя моллюск живет только в последней камере, мясистый трубчатый вырост его тела сифон доходит через отверстия во всех септах до самой вершины раковины. Выделяя либо поглощая сифоном газ, животное заполняет им то или иное количество нежилых камер и тем самым изменяет свою плавучесть. Стенка раковины состоит из двух слоев наружного фарфоровидного и внутреннего перламутрового.
Самый известный вид N. pompilius достигает в диаметре 20 см, днем живет на больших глубинах, по ночам поднимается к поверхности. Плавает задом наперед, как кальмары. Питается в основном мелкими ракообразными. Мясо наутилусов туземцы мелких тропических островов используют в пищу; из раковин делают украшения или кубки для питья.