Debido a la enorme variedad de animales sin columna vertebral que existen y a lo numerosos que son, los invertebrados solo comparten una característica: la ausencia de esqueleto interno o endoesqueleto. Muchos invertebrados tienen el cuerpo blando. Estos invertebrados, entre los que se incluyen los gusanos, mantienen la forma de su cuerpo gracias al mantenimiento de una presión hidrostática alta, algo parecido a lo que sucede en un globo inflado con la presión de aire.
Sin embargo, el tener un cuerpo blando tiene sus inconvenientes ya que estos organismos son más vulnerables al ataque de los depredadores. Algunos invertebrados tienen exoesqueletos que los protegen, como las cubiertas duras de las conchas de las almejas y los mejillones, o la cutícula, una funda externa secretada por la epidermis, que protege el cuerpo de los insectos adultos. Además de proteger al animal, el exoesqueleto proporciona un punto de anclaje para los músculos. En el medio terrestre, el exoesqueleto también es útil para evitar la evaporación del agua que baña los órganos internos; si no fuera así, el animal se secaría y moriría. Los artrópodos, animales con un esqueleto externo duro, con cuerpo y apéndices articulados, constituyen el grupo más numeroso de invertebrados.
Los planes corporales de los invertebrados exhiben dos formas de simetría. Algunos invertebrados, como los corales y las anémonas de mar, poseen simetría radial, es decir, poseen un plan corporal concéntrico, dispuesto alrededor de una boca central, de manera que al dividir su cuerpo en un eje oral-aboral (longitudinalmente) se obtienen mitades semejantes (especulares). En muchos casos, los animales con simetría radial pasan su vida adulta fijos a un lugar, como las anémonas de mar que se anclan a las rocas y recogen los alimentos que flotan en el agua. Por el contrario, los invertebrados que se mueven para buscar comida, como los gusanos planos, tienen un cuerpo alargado y poseen simetría bilateral. En esos animales, solo un plano sagital divide el animal en dos mitades especulares (izquierda y derecha). La simetría bilateral permite la definición de una parte anterior y otra posterior. Además, estos animales poseen una cabeza que, a menudo, contiene uno o más pares de ojos, junto con otros órganos del tacto, del olfato o del gusto. Los invertebrados tienen, además, órganos sensoriales en otras partes del cuerpo. Los saltamontes longicornio, por ejemplo, poseen órganos auditivos en las patas delanteras.
Comparados con los vertebrados, los invertebrados tienen sistemas nerviosos sencillos y poseen modelos de comportamiento instintivos. El instinto les permite reaccionar ante determinados estímulos del medio correctamente, pero son incapaces de aprender de sus errores. Las polillas, por ejemplo, aletean repetidamente alrededor de los focos de luz, a pesar de que corren el riesgo de quemarse. Los pulpos y otras especies relacionadas constituyen una excepción, ya que se sitúan entre los invertebrados más inteligentes. Diversos estudios han mostrado que estos animales tienen capacidad para aprender. En algunos experimentos han sido capaces de resolver situaciones conflictivas sencillas, como abrir determinados contenedores para recuperar la comida.
Los invertebrados son muy distintos unos de otros en cuanto a la organización interna de su cuerpo se refiere. Algunos tienen órganos respiratorios, sistemas circulatorios y órganos excretores. Los invertebrados más sencillos, como los placozoos, sobreviven con pocos órganos especializados o incluso con ninguno. Estos animales absorben todos los elementos que necesitan de los alrededores, una forma de vida que solo funciona en el medio acuático y con tamaños corporales muy pequeños.
