Động vật không xương sống ngay tên gọi đã phản ánh đặc trưng của những loài thuộc nhóm này là không có xương sống. Nhóm này chiếm 97% trong tổng số các loài động vật – tất cả động vật trừ các loài động vật trong phân ngành động vật có xương sống, thuộc ngành động vật có dây sống (cá, lưỡng cư, bò sát, chim, và thú).
Các động vật không xương sống hợp thành một nhóm cận ngành. Phát sinh từ một tổ tiên nhân chuẩn đa bào chung, tất cả các ngành trong nhóm này là các động vật không xương sống cùng với 2 trong số 3 phân ngành trong ngành động vật có dây sống là Hox gene, trong khi các loài động vật có xương sống có nhiều hơn một cụm Hox gene nguyên thủy.
Trong ngành nghiên cứu động vật học cổ và cổ sinh học, những động vật không xương sống thường được nghiên cứu trong mối liên hệ hóa thạch được gọi là cổ sinh học động vật không xương sống
Động vật có xương sống (danh pháp khoa học: Vertebrata) là một phân ngành của động vật có dây sống, đặc biệt là những loài với xương sống hoặc cột sống. Khoảng 57.739 loài động vật có xương sống đã được miêu tả. Động vật có xương sống đã bắt đầu tiến hóa vào khoảng 530 triệu năm trước trong thời kỳ của sự bùng nổ kỷ Cambri, một giai đoạn trong kỷ Cambri (động vật có xương sống đầu tiên được biết đến là Myllokunmingia). Các xương của cột sống được gọi là xương sống. Vertebrata là phân ngành lớn nhất của động vật có dây sống và bao gồm phần lớn các loài động vật mà nói chung là rất quen thuộc đối với con người (ngoài côn trùng). Cá (bao gồm cả cá mút đá, nhưng thông thường không bao gồm hệ cơ, phần lớn bao gồm các khối thịt tạo thành cặp, cũng như hệ thần kinh trung ương một phần nằm bên trong cột sống. Các đặc trưng xác định khác một động vật thuộc loại có xương sống là xương sống hay tủy sống và bộ khung xương bên trong.
Bộ khung xương bên trong để xác định động vật có xương sống bao gồm các chất sụn hay xương, hoặc đôi khi là cả hai. Bộ khung xương ngoài trong dạng lớp áo giáp xương đã là chất xương đầu tiên mà động vật có xương sống đã tiến hóa. Có khả năng chức năng cơ bản của nó là kho dự trữ phốtphat, được tiết ra dưới dạng phốt phat canxi và lưu trữ xung quanh cơ thể, đồng thời cũng góp phần bảo vệ cơ thể luôn. Bộ khung xương tạo ra sự hỗ trợ cho các cơ quan khác trong quá trình tăng trưởng. Vì lý do này mà động vật có xương sống có thể đạt được kích thước lớn hơn động vật không xương sống, và trên thực tế về trung bình thì chúng cũng lớn hơn. Bộ xương của phần lớn động vật có xương sống, ngoại trừ phần lớn các dạng nguyên thủy, bao gồm một hộp sọ, cột sống và hai cặp mang hay giữa các lá phổi.
Hệ thần kinh trung ương của động vật có xương sống bao gồm não bộ và tủy sống. Cả hai đều có đặc trưng là rỗng. Ở động vật có xương sống bậc thấp thì não bộ chủ yếu kiểm soát chức năng của các thụ quan. Ở động vật có xương sống bậc cao thì tỷ lệ giữa não bộ và kích thước cơ thể là lớn hơn. Não bộ lớn hơn như vậy làm cho khả năng trao đổi thông tin giữa các bộ phận của não bộ là cao hơn. Các dây thần kinh từ tủy sống, nằm phía dưới não bộ, mở rộng ra đến lớp da, các nội tạng và các cơ. Một số dây thần kinh nối trực tiếp với não bộ, kết nối não với tai và phổi.
Động vật có xương sống có thể tìm thấy ngược trở lại tới Myllokunmingia trong thời kỳ của sự bùng nổ kỷ Cambri (530 triệu năm trước). Cá không quai hàm và có mai (lớp Ostracodermi của kỷ Silur (444-409 triệu năm trước) và các loài động vật răng nón (lớp lươn với đặc trưng là nhiều cặp răng bằng xương