系統進化の仮説において、多細胞化して細胞同士の密着により体内と外界を隔離するようになった動物が、口と消化管を生じ、内胚葉と外胚葉の区別がなされるようになった二胚葉動物（ディプロブラスティカ[37]、Diploblastica）となり、それが更に中胚葉ができて三胚葉動物（トリプロブラスティカ[37]、Triploblastica）となったと考えられている[28]。海綿動物以外の動物は（二次的に喪失したものを除き）胚葉の分化がみられ、真正後生動物と呼ばれる[38]。刺胞動物および有櫛動物は内中胚葉を持たないため、かつては二胚葉動物と見なされてきたが、内胚葉と外胚葉の間に外中胚葉による間充織細胞を持つため、結合組織に細胞がみられないヒドロ虫類を除き、三胚葉性であるとみなされることが多い（それぞれの動物門については#現生の動物の系統も参照）[35][36]。平板動物も中胚葉を欠くとされるが、前者には上皮の下に細胞がみられる[35][要校閲]。二胚動物および直泳動物にも中胚葉がなく、後生動物ですらない中生動物とされていたが、現在では退化的に単純な体制になったと解釈されている[35]。
体腔左から無体腔、真体腔、偽体腔の断面の模式図。

外胚葉と内胚葉の間隙に中胚葉が筒状の細胞層を形成したものを体腔（たいこう、coelom）と呼ぶ[39]。

三胚葉性動物は体腔の構造により、体腔のない無体腔動物（むたいこうどうぶつ、acoelomates）、体腔が上皮性の細胞で裏打ちされていない偽体腔動物（ぎたいこうどうぶつ、pseudocoelomates）、上皮性の細胞で裏打ちされた体腔をもつ真体腔動物（しんたいこうどうぶつ、coelomates, eucoelomates）に大別されてきた[39][40]。偽体腔は胞胚腔（原体腔、primary body cavity）が体腔として残ったもので大きな体腔を作ることができないのに対し、真体腔はしっかりとした大きな体腔を作ることができる[28][36]。偽体腔動物は従来、袋形動物という一つの動物門に含められていた[39]。また、真体腔はでき方により腸体腔（ちょうたいこう、enterocoel）および裂体腔（れったいこう、schizocoel）に分けられる[28][39]。前者は腸体腔嚢と呼ばれる腸管にできる膨らみが括れて切れて形成されるのに対し、後者は中胚葉性の細胞塊の内部に空所が形成される[28][39]。主に前口動物（担輪動物 + 脱皮動物）では裂体腔、後口動物（新口動物）では腸体腔となる（#現生の動物の系統も参照）[28]。かつて後口動物として扱われていた毛顎動物や腕足動物も腸体腔を持つ[36]。

古くは無体腔動物から偽体腔動物、そして偽体腔動物が真体腔動物に進化してきたと解釈されていたが、ロレンツェン (1985) は間隙生活などで不必要になった真体腔が偽体腔に退化した可能性を示唆しており、さらに分子系統解析の結果でもこれが支持され、無体腔や偽体腔は真体腔が退化的に変化したものである考えがなされている[28][38][39]。