原口動物中的軟體動物門開始出現真體腔，它的真體腔是以裂腔法形成的，但不發達，僅存在於圍心腔、腎髒和生殖腺腔等處。由於軟體動物為螺旋卵裂，並具有擔輪幼蟲，說明軟體動物可能來自擔輪幼蟲型的祖先。又因擔輪幼蟲在形態上與海產的扁形動物的牟勒氏幼蟲相似，以及最原始的軟體動物還保留有梯狀神經，這都標誌著它與扁形動物可能有親緣關係。來源於原口動物原始類型最進化的分枝，是身體分節的環節動物門以及由它發展出來的節肢動物門。低等環節動物也是螺旋卵裂，也具有擔輪幼蟲，這都與軟體動物相似，說明它們具有共同的起源。但環節動物出現了分節現象和附肢，真體腔更為發達。此外，還出現了閉管式循環係統和鏈狀神經，這些特征都比軟體動物更為進步。環節動物與軟體動物雖起源於共同的祖先，但它們向著不同的方向進化發展。由於附肢分節並進一步複雜化，動物體的結構水平提高很多，結果產生出種類最多和適應範圍最廣的節肢動物門。節肢動物門是原口動物進化發展的頂點，身體分節並具有外骨骼保護；分節的附肢、發達的肌肉和鏈狀神經等，使得結構靈活有力。它們無疑是來自環節動物，但起源是單源還是多源，動物學家都還持有不同看法。有人認為，已滅絕的三葉蟲最原始，由它分出一枝進化到有螯亞門，一枝進化到甲殼綱；另有一些相似於現生的原始節肢動物如櫛蠶，由它們分出一枝進化到多足綱，另一枝進化到昆蟲綱。但有人認為，環節動物門的不同類群是節肢動物的祖先，節肢動物門的不同類群是沿著3個主要方向即三葉蟲亞門、有螯亞門（劍尾目和蛛形綱）和有顎亞門（甲殼綱、多足綱和昆蟲綱）進化而來的。由此而認為，節肢動物是多源起源的。3個分枝的發展沿著同律分節變為異律分節的途徑進行，不但形態上發生改變，而且有的生活方式也由水生過渡到陸生。昆蟲綱無疑是節肢動物門的高級代表。
螠蟲門與星蟲門很相似，如螺旋卵裂、具有擔輪幼蟲、無體節、體腔不分隔、後腎管同時具有生殖管的作用等。不同的是，星蟲的翻吻與螠蟲的吻並非同源，星蟲無剛毛和分節的痕跡。曳鰓動物門具有真體腔，幼蟲期相似於成蟲期。有關它的進化地位，尚有待進一步研究確定。附肢具有爪的有爪動物門，體型微小不超過1毫米的緩步動物門和營寄生生活的五口動物門，是由環節動物的祖先很早就分出的3枝，但在進化水平上都已超出了環節動物門。它們都屬於節枝動物的近親。從原始三胚層動物還產生三個不同類型的小分枝，它們從寒武紀就已出現，如肛門開口在觸手冠之外的外肛動物門、腕足動物和帚蟲門。3個類群都營固著生活，具有真體腔、後腎和觸手冠。但在進化上彼此間有無直接的親緣關係，尚未能完全確定，僅一致承認它們是位於原口動物和後口動物之間的類型。過去曾把內肛動物門與外肛動物門合並為苔蘚動物門，但前者為假體腔動物，後者為真體腔動物，現今多數動物學家都認為兩者應獨立成為兩個門。
凡原腸胚期的原口成為成體的肛門，而與原口相對的一端，重新開口成為成體的口的動物，統稱為後口動物。它們以腸腔法形成中胚層，具有由中胚層形成的內骨骼；神經係統呈索狀或管狀具有真體腔。後口動物包括毛顎動物門、棘皮動物門、須腕動物門、半索動物門和脊索動物門。毛顎動物門的體壁結構、消化道和無體腔膜等特征都與原口動物相似，是後口動物中的一個特殊分枝。其餘後口動物是由與現存的棘皮動物幼蟲相似的羽腕幼蟲祖先發展而來的。棘皮動物門的多數代表動物是輻射對稱的（次生現象，幼體是兩側對稱），這與過渡到固著或很少活動有關，在進一步的進化發展中，有些動物又重新形成了兩側對稱。須腕動物門過去曾一直被認為是無脊椎動物中最高等的後口動物，但自1970年發現有分節並具有剛毛的尾節種類後，有人認為它們與環節動物門的多毛綱有關。因此，須腕動物門的進化位置尚有爭議。由於半索動物（如柱頭蟲）僅有雛形的脊索（口索），雖有一條不完善的背神經管和鰓裂，但尚有腹神經管，其幼蟲又與棘皮動物海星的幼蟲極為相似。因此，目前未將它放在脊索動物，處於無脊椎動物和脊索動物之間的位置。從無脊椎動物的進化曆程中可以看到，它們的結構和功能的變化，由簡單的單細胞到複雜的多細胞；由兩胚層到三胚層；由輻射對稱到兩側對稱；身體由不分節到有體節；由無附肢到有附肢，再到分節附肢；體腔由無體腔到假體腔，再到真體腔等，這一切演變都有利於動物能更好地適應各種不同的水陸生活條件，各類動物之間都有著或近或遠的親緣關係。雖然原口動物在演化中占有重要地位，但後口動物是整個無脊椎動物的主幹，由它進化到更高級的脊索動物。