节肢动物进化至少要追溯到6亿年前，生物学家没有把握是哪一种节肢动物最早进化的，因为到寒武纪时主要种群已经出现。寒武纪是有化石保存下来，能鉴别不同物种的最早时期。现在，已有11个主要的节肢动物的类别得到公认：甲壳纲、蛛形纲、昆虫、多足纲。
节肢动物的分支
大多数节肢动物，其躯干被悬在成对的有关节的腿之间——腿的数目同种类有关。原始的节肢动物如蜈蚣，由许多节环构成，每节都有一对腿。在较高级的节肢动物如昆虫中，只有三对腿，位置在胸廓段。节肢动物变更它的腿是为了完成特定的功能。塔兰图拉毒蛛用它强健的腿挖洞，而祈祷螳螂在它们的前腿上有尖锐的突起，好捕捉并抓牢猎物。
关节
节肢动物的角质层形成了遍布其周身的特殊的甲片，为了易于活动，关节处的角质层更薄、更柔韧。肌肉固定在角质层上，对着角质层拉动，就能使肢干运动。有些节肢动物的关节如昆虫中的翼关节，含有一种橡胶样的物质，被称为节肢弹性蛋白，它能储存能量，并高效率地再释放出来，使得昆虫能飞行。
运动
当它行走时，一个节肢动物就向前摆动它的腿，并将其放在地面上。动物同一边的腿有序地活动着，这样，呈现出来的运动“波”就沿着，这样，每边总有足够的腿同地面接触，防止动物跌倒。
有毒的球丸
有些千足虫长着多达300条的腿，当它们要强行通过泥土或落叶堆时，这么多腿就会给它很大的推力。虽然有些是食肉动物，但它们主要以植物为食，大多数千足虫行动缓慢，有着特殊的抗敌自卫手段。有的从它们节肢上的腺体中产生出毒素，如氰化物和苯醌，而另一些能蜷绕成很紧的球丸，呈现在潜在敌人面前的就成了带着很厚的角质层的甲壳球丸。