В отличие от первичноротых животных – кольчатых червей, моллюсков и членистоногих – бластопор эмбриона иглокожих и хордовых становится анальным отвестием. Все вторичноротые имеют вторичную полость тела – целом. Кроме того, для вторичноротых характерно радиальное дробление яйца, а не спиральное, как у первичноротых. К вторичноротым животным относятся щетинкочелюстные, погонофоры, иглокожие, полухордовые и хордовые. Иногда в состав вторичноротых включают и щупальцевых, занимающих по ряду признаков промежуточное положение между первичноротыми и вторичноротыми животными.
Щетинкочелюстные (Chaetognatha) – тип морских беспозвоночных животных. На стреловидном прозрачном теле длиной 0,5–10 см имеются плавники. Серповидные щетинки на голове служат для захвата пищи. Дыхательной, кровеносной и выделительной систем нет. Нервная система состоит из парного надглоточного и непарного подглоточного ганглиев, соединённых продольными тяжами.
Щетинкочелюстные – гермафродиты с внутренним оплодотворением. Большей частью это хищники, входящие в состав морского планктона. В настоящее время известно более 60 видов этих животных. Некоторые исследователи относят этот тип к первичноротым или выделяют в отдельный надтип.
Погонофоры (Pogonophora) – морские беспозвоночные животные, обитающие в длинных хитиновых трубках. Нитевидное тело длиной от нескольких сантиметров до 1,5 м разделено на четыре отдела; толщина тела в 100–500 раз меньше его длины. На голове имеются щупальца (до 2000); задним концом животное постепенно закапывается в грунт.
Погонофоры – единственные непаразитические животные, полностью лишённые рта и пищеварительной системы. Они питаются органическими веществами, растворёнными в воде, всасывая их всей поверхностью тела (особенно щупальцами). Некоторые виды живут в симбиозе с хемосинтезирующими бактериями, которые питаются за счёт окисления химических веществ, чаще всего, серы. В кровеносной системе развито сердце. Нервная система представлена мозговым нервным скоплением и отходящим от него брюшным стволом; органы чувств отсутствуют.
Погонофоры раздельнополы. Полагают, что возраст отдельных особей может превышать 25 000 лет. Представители типа распространены во всех морях на глубине от 20 м до 9 км (обычно на глубине более 1 км). Около 150 видов. Ископаемые погонофоры известны с палеозоя. Систематическое положение погонофор неясно: некоторые исследователи относят их к первичноротым.
Полухордовые (Hemichordata) – тип червеобразных донных животных. По внутреннему строению (наличие хордоподобного органа – нотохорда, спинное положение нервного ствола, парные жаберные щели, некоторые особенности эмбрионального развития) они близки к хордовым, однако отличаются от них строением тела, состоящего из трёх отделов: хоботка, воротничка (у перистожаберных на нём имеются перистые щупальца, покрытые ресничками) и туловища. Длина тела некоторых видов достигает 2 м. У полухордовых имеется пищеварительная, кровеносная, выделительная и нервная системы.
Около 100 видов делятся на два класса: кишечнодышащие (Enteropneusta; подвижные донные животные) и перистожаберные (Pterobranchia; сидячие колониальные формы). Другой подтип этих животных – ископаемые граптолиты – был распространён с ордовика по девон.