La importancia de los invertebrados, determinada por su diversidad y abundancia, indica que estos animales se han ido adaptando al medio en el que vivían durante millones de años y, al hacerlo, se han convertido en una parte importante de todos los ecosistemas. Por ejemplo, cada ecosistema está compuesto por una o más cadenas alimentarias que forman redes alimentarias (tróficas). Cada cadena comienza en las plantas, que son los productores primarios (convierten la energía solar en alimento). Los consumidores primarios se alimentan de los productores primarios y los consumidores secundarios se alimentan de los consumidores primarios. Los descomponedores obtienen la energía de los restos de plantas y animales muertos. Los invertebrados ocupan varios niveles en las cadenas alimentarias, actuando como consumidores primarios, consumidores secundarios y descomponedores.
Muchos invertebrados ejercen un efecto directo e inestimable sobre su medio ambiente. Por ejemplo, la lombriz de tierra excava túneles debajo de la superficie, ingiriendo mucha tierra, que a menudo contiene considerables cantidades de restos vegetales. Estos animales digieren la materia nutritiva presente en la tierra y depositan los restos en la superficie del suelo o en sus túneles, contribuyendo a fertilizar el suelo. Las lombrices, al mover la tierra, desplazan la tierra rica en minerales hacia la superficie, favoreciendo el crecimiento de las plantas. Esta actividad también airea el terreno, aumentando el drenaje. Otro ejemplo de los efectos beneficiosos de los invertebrados es el transporte del polen, desde las estructuras reproductoras masculinas de una flor hasta las estructuras femeninas de otra, que realizan las abejas, mariposas y polillas, de forma inadvertida, al revolotear de flor en flor recogiendo el néctar. Este proceso, conocido como polinización, conduce a la fecundación y formación de las semillas de las plantas, una etapa esencial en el proceso de la reproducción.
Otros invertebrados establecen con otros animales asociaciones beneficiosas para ambos. Por ejemplo, algunos cangrejos se asocian con anémonas marinas que se adhieren sobre su concha. En esta asociación los tentáculos urticantes de las anémonas protegen al cangrejo de los depredadores. A su vez, la anémona recibe partículas de alimento cuando el cangrejo desgarra la carne de otros animales que devora. Al crecer, el cangrejo muda periódicamente su concha y antes de hacerlo retira las anémonas para después colocarlas de nuevo.
En ocasiones, los seres humanos mantienen relaciones perjudiciales con los invertebrados. Cierto número de invertebrados causan enfermedades en los seres humanos y en los animales de granja. Estos parásitos sobreviven alimentándose y reproduciéndose dentro del huésped, causando con frecuencia daños en sus tejidos. Algunos de los parásitos más perjudiciales comprenden los esquistosomas, gusanos planos que causan la esquistosomiasis; los nematodos, que producen anquilostomiasis; y la larva del nematodo Trichinella spiralis que causa triquinosis. Otros invertebrados destruyen los cultivos provocando plagas. Los insectos como los escarabajos de las hojas y las orugas se alimentan de las hojas, los troncos, las raíces y las flores de las plantas. Los insectos chupadores, como los pulgones, las cigarrillas y los insectos escamas, extraen la savia de la planta debilitándola. Además, los insectos chupadores pueden también propagar a las plantas virus o bacterias causantes de enfermedades. Las larvas y las formas adultas de algunos nematodos son parásitas de algunas especies de plantas. Estos nematodos utilizan unas estructuras especializadas, llamadas estiletes, para perforar las raíces de las plantas y extraer el contenido celular; la actividad de estos animales termina matando a la planta.
Aunque algunos invertebrados pueden causar algunas enfermedades en los seres humanos, muchas otras especies resultan beneficiosas. Ciertos invertebrados como los calamares, los pulpos, las sepias, las almejas, los mejillones y las langostas se consideran alimentos exquisitos. Por otra parte, los científicos utilizan ciertos invertebrados en numerosos experimentos e investigaciones, cuyos resultados pueden resultar beneficiosos. Por ejemplo, los investigadores han llevado a cabo estudios detallados sobre los sistemas glandulares de la oruga y las cucarachas para tratar de averiguar la función de las glándulas en los seres humanos. La mosca del vinagre Drosophila melanogaster, conocida también como mosca de la fruta, ha sido, durante mucho tiempo, el organismo utilizado en numerosos estudios genéticos. En las décadas de 1910 y 1920 el genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan utilizó la mosca del vinagre para demostrar que los genes se disponen de forma lineal sobre los cromosomas, estableciendo las bases cromosómicas de la herencia. Los estudios genéticos de la mosca del vinagre han continuado a lo largo de los últimos años y, a principios del siglo XXI, los investigadores secuenciaron el genoma completo de esa especie. Además, las técnicas utilizadas para estudiar el genoma de la mosca del vinagre se aplicaron también en la secuenciación del genoma de otras especies, incluido el genoma humano.
