1. 脊索動物的主要特征之一是具有脊索，這是一條起支持作用的棒狀結構，位于消化道和神經管之間。它由液泡細胞組成，周圍包圍著結締組織鞘，既堅韌又有彈性。在脊索動物的胚胎期，所有個體都具有脊索，其后有的個體終身保留脊索，有的則退化并被脊柱所替代。2. 脊索動物的中樞神經系統位于脊索背面，是一個中空管狀的結構。背神經管的形成是由胚胎背中部的外胚層下陷卷褶形成的。在原始的脊索動物中，背神經管不發達，而在脊椎動物中，背神經管的前部會膨大形成腦。腦之后的神經管發育成為脊髓。3. 咽鰓裂是脊索動物的另一個主要特征，它們是一系列左右成對排列、數目不等的裂縫，直接或間接與外界相通。在低等水生脊索動物中，咽鰓裂終生存在，裂縫之間的咽壁上生長著充滿血管的鰓，用作呼吸器官。而在陸生高等脊索動物中，僅在胚胎時期或某些種類的幼體期有咽鰓裂，成體時會消失或轉變為其他結構。