У позвоночных хорда замещается позвонками разной степени окостенения. Промежуточные хрящевые диски позвоночного столба сохраняют гибкость и двигательную функцию, а его жесткие позвонки усиливают опорную функцию бывшей хорды. Основной план строения отдельных позвонков совпадает. Каждый позвонок состоит из тела и верхней дуги с тремя костными отростками (тело позвонка отсутствует только у первого шейного позвонка – атланта). Верхние дуги охватывают спинномозговой канал. Строение сочленовной поверхности тел позвонков отличается у разных групп позвоночных. Двояковогнутые (амфицельные) тела позвонков характерны для рыб, но встречаются и у древних земноводных, пресмыкающихся и птиц. Седловидные позвонки (гетероцельные) известны только у птиц. Плоские тела позвонков (платицельные) характерны для млекопитающих, но встречаются и у некоторых групп пресмыкающихся, переходных к млекопитающим. Изменение сочленовной поверхности тел позвонков отражает разные эволюционные пути их окостенения. Одновременно с этим процессом происходила дифференциация позвоночного столба на отделы. Сначала возникли два отдела: туловищный и хвостовой (рыбы). Затем обособились еще два и стало 4 отдела: шейный, туловищный, крестцовый и хвостовой (земноводные). У пресмыкающихся, птиц и млекопитающих число отделов достигло пяти: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой.
Скелет позвоночных подразделяестя на внутренний и наружный. Внутренний скелет (эндоскелет) кроме хорды, позвоночного столба, ребер и грудины включает скелет головы и пояса конечностей: плечевой и тазовый, к которым прикрепляются конечности. Хрящ образован соединительной тканью.
Наружный скелет (экзоскелет) – это кожные кости (не имеющие хрящевых предшественников), чешуи, перья, волосы, рога, когти, пластины, щитки. Кожные кости экзоскелета могут срастаться с внутренними костями эндоскелета. Примером таких конструкций являются панцири черепах и плечевые пояса четвероногих позвоночных, у которых ключица является кожной костью, а также череп, состоящий из внутренних и кожных костей.