整个脊索动物门无例外地都具有以下主要特征(图7.1)： (1)脊索。所有脊索动物胚胎都具有脊索。脊索是位于消化管的背面、神经管腹面的一条纵贯全身的具有弹性的圆柱状结构，由胚胎中胚层形成，有支持身体的作用。低等脊索动物终生具脊索，有些类群脊索仅见于幼体。高等脊索动物只在胚胎期出现脊索，成体时被在脊索基础上形成的脊柱所代替。脊索如此重要和特殊，以至于整个脊索动物门就是依据这一结构而命名。 (2)神经管。脊索动物神经管呈管状，位于身体背中线处的脊索之上，由胚胎时期背部外胚层下陷卷褶而成。许多无脊椎动物也有中枢神经系统，但它们多为实心，呈链状，位于消化管腹面。原索动物神经管终生保持管状，但高等脊椎动物神经管分化为脑和脊髓。 (3)咽裂。脊索动物胚胎的消化道在紧靠口后面即咽部两侧，可以形成左右成对排列、数目不等的裂缝与外界相通，这就是咽裂或者叫咽鳃裂(pharyngeal gill slits)。咽鳃裂是一种呼吸器官，外界的水由口入咽，经鳃裂排出，由此实现气体交换。咽鳃裂在低等脊索动物中终生存在，在高等类群则只见于胚胎和幼体(如蝌蚪)时期，成体完全消失，代之以用肺呼吸。 (4)肛后尾。多数脊索动物具有尾部，位于肛门后面，构成脊索动物特有的肛后尾(postanal tail)。与此形成鲜明对比的是无脊椎动物消化道几乎贯穿于身体全长，口位于身体前端，肛门靠近身体最后端。脊索动物尾部含有骨骼和肌肉，构成水生类群推进器，为其游泳提供主要动力。 脊索动物除具备上述四大主要特征外，还有一些次要特征，如具有分节的肌肉、心脏总位于消化道腹面、骨骼系统属于含有细胞的内骨骼而不是像无脊椎动物那样无细胞组成的外骨骼。
图7.1 脊索动物门的主要特征