Los invertebrados son animales sin columna vertebral. Constituyen el 97% de todas las especies animales, incluidos todos los gusanos, insectos, arácnidos, crustáceos, moluscos, medusas, estrellas de mar, nematodos, esponjas y toda la microfauna. El vertebrado más pequeño, el pez Paedocypris hembra, mide 7.9 mm de largo, por lo que todo lo más pequeño pertenece a este grupo. Genéticamente, una de las principales diferencias entre ellos y los vertebrados es que los invertebrados tienen un solo grupo de genes Hox, mientras que los vertebrados tienen varios. Los humanos tienen 4 grupos Hox. Todos los 38 filos animales, excepto un subconjunto de uno, Chordata, son invertebrados.
Los vertebrados e invertebrados se dividieron evolutivamente entre 525 y 520 millones de años, cuando ocho animales vertebrados tempranos aparecen en el registro fósil, más notablemente el pez sin mandíbulas Myllokunmingia. Antes de esto, los animales existían durante al menos 80 millones de años en formas que no tenían columna vertebral. Desde entonces, han sido los animales más exitosos del mundo en términos de biomasa, sobre todo crustáceos en el mar, artrópodos en tierra y nematodos en ambos.
En términos de tamaño, los vertebrados tienden a tener la ventaja, aunque ha habido algunos invertebrados bastante grandes a lo largo de la historia, incluido Mesonychoteuthis hamiltoni, el calamar colosal, con un tamaño máximo de alrededor de 40 a 46 pies (12 a 14 m); los euriptéridos extintos (escorpiones marinos), que tenían un tamaño de hasta 8 pies (2.5 m); Arthropleura (milpiés gigante), a 8.5 pies (2.6 m); y la mosca grifo, Meganeuropsis permiana, con una envergadura de 2.3 cm (71 pies). Sin embargo, en promedio, los invertebrados tienden a ser microscópicos o del tamaño de un insecto, mientras que el vertebrado típico es del tamaño de un pez o un roedor.
Debido a sus rápidas tasas de reproducción y su comparativa simplicidad estructural, algunos invertebrados, como los nematodos y las moscas de la fruta, se utilizan comúnmente en la ciencia como organismos modelo. Gran parte de lo que sabemos sobre genética y biomecánica proviene de estudios detallados de estas criaturas.
A un subconjunto de animales sin columna vertebral, llamados invertebrados acuáticos visibles a simple vista, se les ha dado el nombre de «macroinvertebrados». La abundancia y diversidad de estos animales se considera un indicador importante del estado ambiental de un área. Son uno de los eslabones más importantes de la cadena alimentaria por encima del nivel de la microfauna y por debajo del nivel de los depredadores superiores. Algunos macroinvertebrados son depredadores de otros macroinvertebrados, por supuesto.