L’évolution de la cavité corporelle (également connue sous le nom de coelome, prononcé « seel-um ») était cruciale pour permettre le développement d’animaux plus gros et plus complexes. Les animaux avec un – qui sont la grande majorité – sont appelés coelomates, tandis que les animaux sans un sont appelés acoelomates. Il existe également des animaux sans véritable coelome, qui ont plutôt une structure appelée pseudocoel. Ceux-ci comprennent les nématodes, les rotifères, les kinorhynchans (dragons de boue), les nématomorphes, les gastrotriches, les loricifères (têtes de brosse), les priapulidans (vers du pénis), les acanthocéphales (vers à tête épineuse) et les entoproctans (vers en coupe). La plupart sont microscopiques.
Les cavités corporelles sont toujours remplies de liquide. Le but de l’espace est de permettre aux organes de glisser indépendamment de la paroi corporelle, d’amortir les organes et de permettre un échange chimique facile entre les organes et le reste du corps. On pense qu’ils ont évolué chez les bilatériens triploblastiques (animaux à symétrie bilatérale avec trois couches de tissus) il y a environ 600 millions d’années, vers l’aube des organismes multicellulaires connus en général. Les animaux avec une cavité corporelle ont évolué à partir de cnidaires de base, qui auraient pu ressembler à une hydre moderne, qui n’en a pas. Une théorie soutient que la cavité a évolué à partir des poches gastriques (estomacs) des premiers cnidaires.
À un moment donné, on pensait que les animaux acoélomates étaient tous liés les uns aux autres, formant un clade indépendant. Ceci est maintenant connu pour être faux, car la plupart des scientifiques s’accordent à dire que les triploblastes acoélomates (tous les animaux autres que les cnidaires ou les éponges) ont évolué à partir d’ancêtres coelomates. Cette réduction du coelome se produit en raison d’un processus de rationalisation évolutif, et elle est particulièrement fréquente chez les parasites. Parce qu’ils ne disposent pas d’un moyen efficace de transférer les nutriments et autres produits chimiques entre les organes et le reste du corps, les animaux acoélomates ont tendance à être plats, car cela rend la diffusion possible. En plus d’une simple cavité corporelle, les animaux cœlomates ont souvent des organes circulatoires dédiés pour se déplacer dans les fluides corporels riches en nutriments et en oxygène.