胚が形成される過程で、体軸（たいじく）という体の向きが決定がなされ、その向きには前後軸（頭尾軸）、背腹軸、左右軸の3つの基本的な軸がある[29][30]。動物のパターン形成において、体軸の決定など細胞に位置情報を与える機能をもつ物質をモルフォゲンと呼ぶ[31]。

前後軸（ぜんごじく、antero-posterior axis、頭尾軸、一次軸、吻尾軸）は動物の体制の基本となる軸で、明瞭な背腹軸のない刺胞動物にも見られ、頭部（口）から尾部（肛門）を貫いている[32]。前後軸の形成にはほとんどの動物（例えば、脊椎動物やコオロギ（節足動物）やプラナリア（扁形動物）から刺胞動物まで）で Wntリガンド（細胞外分泌性因子）が関わっており、尾部側で Wnt、頭部側で Wnt 拮抗因子が発現している[32]。ただし、ショウジョウバエ（節足動物）では、初期胚において細胞膜の存在しない合胞体として発生する（表割）ため、Wnt のような分泌性因子の濃度勾配ではなくビコイド (bicoid) というホメオドメインを持つ転写因子が蛋白質レベルで頭尾軸に沿って濃度勾配を形成し、形態形成が行われる[32][31]。また、前後軸に沿った分節の形成にもホメオドメインと呼ばれるDNA結合ドメインを共通に持っている Hox クラスター遺伝子が働いており、胚発生が進むにつれ、遺伝子座の 3'-側から順に前後軸に沿って分節的に発現することで前後軸に沿ったそれぞれの位置に固有な形態が形成される[32][33]。Hox 遺伝子群は海綿動物をのぞくほぼすべての後生動物が持っている[33]。

背腹軸（はいふくじく、dorso-ventral axis）も同様に左右相称動物で認められる動物の体制の基本となる体軸である[32]。扁形動物、節足動物、棘皮動物、脊椎動物など多くの動物で、細胞外に放出される BMP（骨形成因子[34]）というリガンドと Chordin などの BMP拮抗因子によってつくられるBMP活性の濃度勾配によって背腹軸が形成される[32]。外胚葉はBMP活性が高いと表皮に、低いと神経に分化するが、19世紀前半から脊椎動物と他の動物では背腹軸に沿った器官配置が反転していることが指摘されており、実際に脊椎動物でBMP が腹側で発現し、背側で Chordin などが発現するのに対し、節足動物（ショウジョウバエ）では背側で BMP に相同な分子 (Dpp, Decapentaplegic) が、腹側で BMP拮抗因子（同、Sog）が発現していることが分かっている[32][34]。逆にショウジョウバエにおける腹側を決めるのは dorsal 遺伝子で、細胞性胞胚期において腹側に転写因子ドーサル蛋白質 (Dorsal) が多く分布し、背側への分化を抑制する[34]。胚発生時から背腹軸が決まっている節足動物とは異なり、両生類（脊椎動物）では、受精の際に精子の侵入と反対側に灰色三日月環が形成され、そこから原腸陥入が起こって Wnt シグナル伝達系のディシェベルド (Dsh, Dishevelled) が活性化して他の因子を活性化し、反応の下流でオーガナイザーを誘導することで背側となる[34]。

さらに、脊椎動物の神経管の背腹軸は、胚の背腹軸形成の完成後に進行するが、神経管の腹側領域（フロアプレート）や脊索で Shh (sonic hedgehog) 蛋白質、Wnt 拮抗因子、BMP拮抗因子が発現し、これらの濃度勾配によって神経管内で下流標的因子の発現活性が活性化または抑制されることで種々の神経細胞が分化する[31][32]。これらの発現パターンは左右相称動物の中枢神経系で広く保存されている[32]。

左右軸（さゆうじく）は動物の3体軸のうち最後に決まる軸で、左右非対称性が生じるメカニズムは進化的に多様である[30]。脊椎動物ではまず胚の中央部（ノード）で繊毛の回転により左右対称性が破られ、左側の中胚葉で Nodal および Leftyといったシグナル分子が活性化し、腹腔内で臓器が非対称な形と位置で形成される[30]。それに対し、ショウジョウバエ（節足動物）では、細胞の形態のゆがみに起因して消化管が非対称な形態をとる[30]。腹足類（軟体動物）では殻の巻く方向が発生初期の卵割様式に依存して Nodal や Pitx2 などの因子の制御により左巻きか右巻きかが変化する[30]。
胚葉性「#発生」も参照

受精卵が卵割を繰り返し形成される細胞の層を胚葉（はいよう、germ layer）と呼ぶ[35]。個体発生の過程では、上皮細胞の層に囲まれ体内と体外の区別がつく胞胚の状態から、原腸陥入によって内胚葉（ないはいよう、endoderm）と外胚葉（がいはいよう、ectoderm）が形成され、二胚葉性の嚢胚（原腸胚）となる[28][35]。そこからさらに内外両胚葉の何れかから中に細胞が零れ落ち、中胚葉（ちゅうはいよう、mesoderm）が形成される[28][35]。外胚葉由来の中胚葉を外中胚葉（がいちゅうはいよう、ectomesoderm[注釈 7]）、内胚葉由来の中胚葉を内中胚葉（ないちゅうはいよう、entomesoderm[注釈 8]）と呼ぶこともある[35][36]。外中胚葉からなる細胞は全て間充織細胞 (mesenchyme) としてできるが、棘皮動物や箒虫動物など、内中胚葉でも間充織細胞として形成されるものもある[36]。

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]。