Virveldyr og hvirvelløse dyr er alle dyr. Imidlertid er udtrykket hvirveldyr meget mere specifikt og beskriver alle dyr i underfilmen (et niveau af det biologiske klassificeringssystem, der deler organismer baseret på fælles træk) hvirveldyr end hvirveldyr, der henviser til alle andre dyr.
Hvirveldyr inkluderer dyregrupper såsom pattedyr, fugle, krybdyr, amfibier, hajer og benede fisk, mens hvirvelløse dyr inkluderer mange andre dyretyper som insekter, bløddyr, edderkopper, orme, vandmænd og krebsdyr.
Som man kan forvente ved at sammenligne en specifik underfilyl med alle andre dyr er der mange flere hvirvelløse dyr end hvirveldyr. Det anslås, at der er omkring 1.300.000 hvirvelløse arter, med mange flere uopdagede; hvoraf størstedelen er insekter. Dette sammenlignes med ca. 65.000 hvirveldyrearter, hvoraf ca. 5.000 er pattedyr1.
Det definerende træk ved hvirveldyr er tilstedeværelsen af en segmenteret, mobil rygsøjle. Hos mennesker kan dette ses med de individuelle ryghvirvler, der kobles sammen for at gøre rygsøjlen. Virvelløse dyr mangler denne struktur, selvom de muligvis har strukturer, der viser et lignende udseende.
En anden vigtig funktion, der er forbundet med hvirveldyr, er tilstedeværelsen af gæller. I nedre hvirveldyr opretholdes disse under udvikling og er fuldt funktionelle. I højere hvirveldyr formes gællerne under udvikling, men overgår til andre strukturer såsom kæber eller knogler i øret.
Størstedelen af hvirveldyr viser også to sæt parrede vedhæng, skønt disse kan blive vestigiale og forsvinde som i slanger, men dette er ikke et krav for hvirveldyr,
En stor forskel mellem hvirveldyr og hvirvelløse dyr er symmetrien, som deres kroppe viser. Alle hvirveldyr er bilateralt symmetriske, hvilket betyder, at de viser et eksternt spejlet udseende til deres venstre og højre side, men indvendige organer er ikke nødvendigvis symmetriske.
Virvelløse dyr kan udvise radial, organismen har kun en tydelig top og bund, ikke venstre eller højre, sfærisk, organismen viser ingen distinkt top eller bund eller venstre og højre og bilateral symmetri. I nogle tilfælde såsom havsvampe eller snegle kan de endda vise asymmetri.
En anden bemærkelsesværdig forskel mellem hvirveldyr og hvirvelløse dyr er den gennemsnitlige størrelse. Mens der er nogle store hvirvelløse dyr, såsom kæmpe vandmænd, er hovedparten små, meget mindre end hvirveldyr. Rygsøjlen med hvirveldyr er nøglen til at give dem mulighed for at vokse for meget større størrelser. Det indre skelet, der er baseret omkring rygsøjlen, gjorde det muligt for hvirveldyr at udvikle store, komplekse legemer med de tilhørende specialiserede systemer, der kræves for at understøtte dem, såsom luftvejssystemet eller fordøjelsessystemerne. Sammenlignet med er hvirvelløse dyr begrænset, enkle hvirvelløse dyr vil ikke være i stand til at vokse sig store, da de mangler de systemer, der kræves for at understøtte en stor kropsstørrelse. Nogle hvirvelløse dyr har udviklet alternative systemer, der har gjort det muligt for dem at vokse sig større, men er stadig begrænset sammenlignet med hvirveldyr.
Insekter og krebsdyr har udviklet et exoskelet (eksternt), indeni hvor komplekse systemer kan beskyttes, og de systemer, der kræves for at bevæge sig, kan fastgøres. Eksoskeletter tillader imidlertid kun vækst op til et vist punkt, ud over hvilke systemer, der kræves for at bevæge organismen, bliver for store til at passe ind i eksoskelettet. Hos hvirveldyr med deres indre skelet kan muskler, knogler og kroppe udvikle sig til en meget større størrelse.