随着时间的推移，单细胞生物逐渐增多，竞争加大，必须由许多单细胞在结合在一起才能生存，于是，生命进化自然就向多细胞类型发展，而且从此以后都是多细胞动物。最简单的、最原始的多细胞动物，高级的将在以后提到。
最原始的多细胞动物是两胚层动物，即它们身体是由两层细胞组成的：一是表皮细胞层，二是真皮细胞层（它位于体壁内面），两层细胞之间填以胶状物质称中胶层。这类动物分为三个门，即海绵动物门、古杯动物门和腔肠动物门。下面简单介绍一下各门的特征及所属的化石代表。
海绵动物从距今6亿年的寒武纪以前开始出现并一直延续到现代，它的细胞虽分化为二层，但无器官和组织。海绵体壁多，也为入水孔，体腔是空的，上端开口为出水口，水从入孔流进体内，海绵吸收水中有机质后再将水由出口排出体外。海绵多为群体生活，彼此用胶质连接，生活在海底，专家称为底栖生活。难怪从海里出来的海绵都是一块块的，用力一捏水都流了出来，放进水里又吸满了水。过去在洗澡中，人们总用海绵块，现在已被淘汰了。海绵体有骨骼支撑，按其大小分别叫骨针和骨丝，只有骨针才能形成化石，有的地层中可以形成几公分厚的海绵骨针灰岩，但总的来说海绵造岩的能力很弱，这与它体内不保存无机质（如硅、钙等元素）有关。
古杯动物是一种绝灭了的海底动物，形状如同酒杯，其生活方式和新陈代谢作用基本与海绵类相同，但它是个体动物，一般生活在蓝绿藻当中，最合适的生长环境是在水深20～30米的海底。它从早寒武纪开始出现，到了中寒武纪就绝灭了。因它对生活环境要求很严，不能在海水浑浊的地方生长，故不用它作为划分对比地层的标准化石。
腔肠动物尽管它也是两胚层动物，但要比前两门动物高等，即开始了神经细胞和原始肌肉细胞的分工并具消化腔，所以叫它腔肠动物。它的身体多为辐射对称，在消化腔口处有一圈或多圈触手。本门动物自寒武纪后期出现至现代，种类繁多，化石丰富，其现在动物代表有人们所熟悉的海葵和水母，有人喜欢吃的海蜇皮，就是水母，一种大型的腔肠动物。
层孔虫是海底生活的群体动物，自寒武纪开始出现一直延续到白垩纪。
它体中有钙质骨骼，群体的骨骼相连结成不规则的团块状、层状等。大的群体宽达2米、厚1米，小的直径不足1厘米。由于它有这样的不易分解腐烂的硬骨骼，故被称为造礁动物。层孔虫礁石化石代表着一种繁荣的海底动物生长环境，其化石丰富的地区，常能发现可供开采的石油。在我国广西、湖南、贵州发现的油田过程中，层孔虫在与已知油区的地层对比中发挥了很大的作用。
从以上三门的动物特征上可以看出，尽管它们都是二胚层动物，但在进化上也有先进和落后之分，尤其是在胚胎发育中，海绵动物表现为小细胞内陷形成内层，大细胞留在外面形成外层细胞，这与其他多细胞动物胚胎发育恰好相反。以后出现的更高级的动物没有哪一类是由海绵动物门中分化出来的，说明这类动物在生物演化上是一个侧支，又称侧生动物。海绵动物不可能再进化了，古杯门已绝灭，那么向后传递生命进化的接力棒就落在腔肠动物门中，它传递的速度很快，在奥陶纪时就传给了三胚层动物，从那时开始，生命进化又进入了一个新的阶段。
