I vertebrati sono animali con una spina dorsale, nota anche come colonna vertebrale. Costituiscono la maggior parte del phylum Chordata, uno dei 38 phyla animali. Tutti gli altri phyla sono esclusivamente invertebrati. Un paio di membri del phylum Chordata, lancelets e tunicates, sono invertebrati. Le lancette hanno solo una notocorda piuttosto che una vera colonna vertebrale, e i tunicati hanno una notocorda solo durante lo sviluppo iniziale. Pesci, squali, razze, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi (compresi gli umani) sono vertebrati.
La principale ragione evolutiva per l’evoluzione dei vertebrati è la necessità di una forte struttura di supporto per la durabilità e l’integrità strutturale. La colonna vertebrale funge anche da superstrada per il sistema nervoso, supportando una maggiore complessità. I primi vertebrati sono noti dai fossili nelle scisti Maotianshan in Cina, datati tra 525 e 520 milioni di anni fa, durante un episodio di radiazione adattativa chiamato esplosione del Cambriano. Sono semplici pesci senza mascelle come Myllokunmingia, che hanno una somiglianza superficiale con le missine dei giorni nostri. Questi pesci precedono altri fossili di vertebrati di circa 30 milioni di anni.
Tra i vertebrati, i pesci furono i primi ad evolvere gli arti e iniziarono a camminare sulla terraferma, diventando anfibi. Una linea di anfibi ha sviluppato la pelle squamosa e le uova amniotiche, diventando i rettili, la prima linea di vertebrati a colonizzare gli interni continentali. A terra, la strategia evolutiva dei vertebrati è particolarmente efficace per tutti gli animali di lunghezza superiore a pochi cm, che devono avere un’integrità strutturale sufficiente per sostenere il proprio peso. Per questo motivo i più grandi animali terrestri sono stati vertebrati per centinaia di milioni di anni. Più recentemente, i cetacei (balene, che si sono evolute solo 50 milioni di anni fa da animali terrestri) sono stati gli animali più grandi dei mari, quindi i vertebrati costituiscono gli animali più grandi sia sulla terra che sul mare.
I vertebrati prendono il nome dalle loro vertebre, sezioni segmentate della colonna vertebrale. Queste sezioni segmentate danno alla colonna vertebrale una certa flessibilità pur mantenendo la sua forza. Le vertebre sono circondate da fibre nervose che inviano comandi, tramite segnali elettrici, dal cervello a tutti gli arti. Se un vertebrato ha la colonna vertebrale rotta, di solito muore, sebbene gli esseri umani abbiano sviluppato forme di chirurgia per riparare le colonne spinali rotte purché il danno non sia troppo grande.