Wirbellose sind Tiere ohne Rückgrat. Sie machen 97% aller Tierarten aus, einschließlich aller Würmer, Insekten, Spinnentiere, Krebstiere, Weichtiere, Quallen, Seesterne, Nematoden, Schwämme und der gesamten Mikrofauna. Das kleinste Wirbeltier, der weibliche Paedocypris-Fisch, ist 7.9 mm lang, alles Kleinere gehört also zu dieser Gruppe. Genetisch unterscheiden sie sich hauptsächlich von Wirbeltieren darin, dass Wirbellose nur einen Cluster von Hox-Genen haben, während Wirbeltiere mehrere haben. Der Mensch hat 4 Hox-Cluster. Alle der 38 Tierstämme mit Ausnahme einer Untergruppe von einem, Chordata, sind Wirbellose.
Wirbeltiere und Wirbellose haben sich vor 525 bis 520 Millionen Jahren evolutionär gespalten, als acht frühe Wirbeltiere im Fossilienbestand auftauchen, allen voran der kieferlose Fisch Myllokunmingia. Zuvor existierten Tiere mindestens 80 Millionen Jahre in Formen ohne Rückgrat. Seitdem sind sie die weltweit erfolgreichsten Tiere in Bezug auf die Biomasse, vor allem Krebstiere im Meer, Arthropoden an Land und Nematoden in beiden Fällen.
In Bezug auf die Größe haben Wirbeltiere tendenziell den Vorteil, obwohl es im Laufe der Geschichte einige ziemlich große Wirbellose gab, darunter Mesonychoteuthis hamiltoni, der kolossale Tintenfisch, mit einer maximalen Größe von 40 bis 46 m; die ausgestorbenen Eurypteriden (Seeskorpione), die bis zu 12 m groß waren; Arthropleura (riesiger Tausendfüßler), bei 14 ft (8 m); und die Greiffliege Meganeuropsis permiana mit einer Flügelspannweite von 2.5 cm. Im Durchschnitt neigen Wirbellose jedoch dazu, mikroskopisch klein oder insektengroß zu sein, während das typische Wirbeltier Fisch- oder Nagetiergröße hat.
Aufgrund ihrer schnellen Reproduktionsraten und vergleichsweise einfachen Struktur werden einige Wirbellose, wie Nematoden und Fruchtfliegen, in der Wissenschaft häufig als Modellorganismen verwendet. Vieles, was wir über Genetik und Biomechanik wissen, stammt aus detaillierten Studien dieser Kreaturen.
Eine Untergruppe von Tieren ohne Rückgrat, die mit bloßem Auge als wirbellose Wassertiere bezeichnet werden, wurde als „Makroinvertebraten“ bezeichnet. Die Fülle und Vielfalt dieser Tiere gilt als wichtiger Indikator für den Umweltzustand eines Gebietes. Sie sind eines der wichtigsten Glieder in der Nahrungskette oberhalb der Mikrofauna und unterhalb der höheren Räuber. Einige Makroinvertebraten sind natürlich älter als andere Makroinvertebraten.