La grande majorité des animaux a choisi la solution invertébrée comme voie d'adaptation évolutive. La zoologie a donc renoncé à la tradionnelle subdivision, trop anthropocentrique, entre invertébrés et vertébrés. L'approfondissement de la connaissance des organismes unicellulaires la conduira bientôt, d'autre part, à écarter du règne animal l'embranchement des protozoaires. Celui-ci, riche d'environ 30 000 espèces, rassemble les invertébrés unicellulaires, les plus primitifs aussi bien historiquement que structurellement. Ces organismes microscopiques (moins de 0,3 mm) vivent dans les milieux les plus différents et possèdent souvent des organes de locomotion (flagelles, cils, pseudopodes) qui favorisent leur alimentation.
Le règne animal commence véritablement avec les invertébrés dits métazoaires, dont la structure pluricellulaire permet, par multiplication et différenciation des cellules, une variété de caractéristiques théoriquement illimitée. Cette différenciation est la clé du classement des invertébrés, dont les plus simples sont les éponges (spongiaires), où elle porte sur les tissus. Elle commence à se structurer en organes avec les méduses et les hydres (polipes, coraux), de l'embranchement des cnidaires, puis avec les cténaires, où apparaît la symétrie bilatérale (cydippe de Méditerranée). Avec les nombreux embranchements de "vers" s'accomplit au stade embryonnaire l'introduction d'un feuillet intermédiaire, le mésoderme, d'où dérive la formation du système nerveux. Lorsque ces vers, plats ou ronds et souvent parasites, deviennent annelés, le mésoderme se creuse de cavités dont l'ensemble constitue le coelome. Le développement des parois mésodermiques de ces cavités permettent l'apparition d'organes de plus en plus complexes et différenciés, d'abord chez les annélidés et les mollusques, et plus encore avec l'embranchement des arthropodes, caractérisé par un corps recouvert de chitine, divisé en segments aux fonctions bien déterminées et munis d'appendices articulés (1 200 000 espèces, dont tous les insectes). Tous ces animaux sont dit protostomiens (proto : premier, soma : bouche) car leur bouche se forme au premier stade embryonnaire. Ceux dont la bouche se constitue à un stade embryonnaire ultérieur sont appelés deutérostomiens (épithélioneuriens si leur système nerveux est mélangé à l'épiderme et épineuriens s'il est situé au dessus du tube digestif). Les plus simples sont les échinodermes (oursin, étoile de mer), mais il existe de nombreux autres embranchements (hémicordés, stomocordés, pogonophores), regroupant des animaux très divers, archaïques bien que perfectionnés. Avec la formation d'un axe squelettique entre le système nerveux et le tube digestif apparaît l'embranchement des cordés. Ses représentants invertébrés sont des animaux très petits à mi-chemin entre pancton et poisson, mais il comprend aussi le sous-embranchemnt des vertébrés, où une colonne vertébrale vient structurer et articuler le squelette.