体内に緑色蛍光タンパク質を持ち、特に頭部が明るく発光する。

なお、この群の構造には脊椎動物のものに対応するところがいくつかあり、例えば鰓嚢にある内柱は脊椎動物の甲状腺に当たるものと考えられている。ただし、これが内分泌腺として機能しているとの証拠はまだない。また下垂体に当たるとされるものにハチェック小窩がある[5]。
生態

全世界の暖かい浅海に生息している。ただし1種のみ、ゲイコツナメクジウオは深海から発見されている[2]。体全体を左右にくねらせて素早く泳ぐことができるが、通常は海底の砂のなかに潜って生活している。ホヤなどと同様、水中の食物を濾過することで摂食している。

鰓裂は水中の食物を濾（こ）しとる役割も果たしている。まず内柱が粘液を分泌し、これが鰓嚢全面に広がる。鰓裂には繊毛があり、これによって口から海水が流れ込むと、そこに含まれる微小藻類などの微粒子は粘膜に吸着される。粘液はそれらを含めて腸に入り、それらの微粒子が餌となる。鰓嚢を出た海水はそれを囲む腔所である囲鰓腔に出て、その後方腹面に開く出水孔から外に出る[3]。
生殖と発生

雌雄異体であり、精子と卵を体外に放出し、体外受精を行う。無性生殖は行わない。

初期発生は両生類のそれに類似する[6]。中胚葉は最初に典型的な腸体腔の形を取り、原腸の前方から数対がくびり出されて生じる。が、その後方には裂体腔の形で対を成して作られ、その後でそれらがつながって前後に伸びる1対の真体腔となる[3]。幼生の前部（ニシナメクジウオ）

幼生は当初はプランクトンとして成長し、体表に繊毛があってこれにより摂食しながら成長する[3]。特に与えられた名前はないようである。幼生の体制はほぼ成体と変わらず、形はより細長い。はっきり異なるのは消化系、特に咽頭が未発達であることと、囲鰓腔がないことである。幼生の口がまず体の左側に開く。鰓裂も左側の列が腹面にまず開き、この時点では咽頭は外界に裸出している。次に右側の鰓裂を右の背面側に生じ、それから咽頭の上、両側に突出部ができて、それが伸びて咽頭を覆い、腹面で出水孔を残して癒合し、囲鰓腔が完成する。これに合わせて口が下面に移り、成体の形になる[4]。
分類
上位分類

身体の中心を貫く脊索と、その上に走る神経管、それに消化管の咽頭に鰓裂を持つことなどは脊椎動物と共通する特徴であり、しかし骨格を発達させず、神経管が前端で脳を作らず、またそれを頭蓋が覆わない点で脊椎動物とは異なる。かつてはこのような脊椎動物と共通の特徴を持ちながら無脊椎であるものを原索動物として一つの動物門にまとめた。しかし現在ではこれら全てが単系統を成すものと見なし、まとめて脊索動物として扱う。

原索動物に含まれていたものとしては他にホヤやオタマボヤなどの群があり、これらは脊索が尾の部分にしか存在しないので、これを尾索動物という。これに含まれる多くのものは幼生の時期にのみそれが見られ、成体では消失する。本群は脊索を終生に渡って持ち、またそれが頭部にまで達することからそれと独立の群と認める。脊索動物は、従って脊椎動物、尾索動物、それに本群の3つの亜門から構成されている[7]。

なお、脊索は持たないが鰓裂を持つものに半索動物門があり、これも脊索動物と系統的に近いと考えられている[8]。
下位分類

脊索動物門 - 頭索動物亜門に分類される。頭索動物亜門は1綱1目1科3属からなり、約30種の現生種が確認されている[5]。ただし形態的な分化には乏しく、どれもよく似ている。種の分類には筋節の数や鰭室の数などが重視されるが、研究は十分とは言えない[3]。

脊索動物門 Chordata

脊椎動物亜門 Vertebrata：魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類

尾索動物亜門 Urochordata：ホヤなど

頭索動物亜門 Cephalochordata：ナメクジウオ

ナメクジウオ綱 Leptocardia

ナメクジウオ目 Amphioxi

ナメクジウオ科 Branchiostomidae

ナメクジウオ属 Branchiostoma：生殖腺が体の左右両側にある

カタナメクジウオ属 Epigonichthys：生殖腺は右側のみ。尾状突起はない。

オナガナメクジウオ属　Asymmetron：生殖腺は右側のみ。後端に尾状突起が突出する[2]。







ナメクジウオ属
（Branchiostoma cultellus）

オナガナメクジウオ属
（オナガナメクジウオ）

カタナメクジウオ属
（Epigonichthys cultellus）

日本近海にはヒガシナメクジウオ（旧称 ナメクジウオ） Branchiostoma japonicum、カタナメクジウオ Epigonichthys maldivense、オナガナメクジウオ Epigonichthys lucayanum、ゲイコツナメクジウオ Asymmetron inferum の4種が生息している。このうちでヒガシナメクジウオが最もよく知られ、潮間帯から浅海に広く分布し、かつては普通に見られた。愛知県蒲郡市三河大島（大嶋ナメクジウオ生息地）と広島県三原市有竜島がこの種の生息地として天然記念物に指定されている。ただし現在では激減している。
進化と系統

上記のようにこの類は脊椎動物の起源を考える上で重視されてきた。この場合、問題になるのは脊椎動物と、本群と尾索動物、それに半索動物の関係である。この場合、最も祖先的なのは半索動物であると考えられ、そこから他の群がどんな風に派生したのかを説明する形になる。ちなみに現生の半索動物は2群あり、ギボシムシ類は細長く這い回る虫状、フサカツギ類は固着性で触手を口の周りに広げる。

古くはガルスタングは19世紀末よりこれについて論じ、フサカツギ様の祖先を想定し、そこから触手ではなく体内に鰓裂を発達させたものがホヤ（尾索動物）の原型になり、その後にホヤの幼生がそのまま生活する幼形成熟の形に進化し、これから頭索動物が、そしてそこから脊椎動物が出現したと説いた。これに対し、時岡は1979年にむしろギボシムシのようなものから始まり、脊索などを発達させたものから二次的に固着生活に入ったのがホヤであり、そのまま遊泳する方向に進化したのが頭索動物、そこから脊椎動物が生まれたと見た。だが、いずれにしても脊椎動物に最も近いのは頭索動物であろうとの判断は一致している[8]。

ところが分子系統の情報が集まるに連れ、脊索動物の中で脊椎動物と姉妹群を作るのはむしろ尾索動物であることが分かってきた。逆に頭索動物は、脊索動物の中で最も基底で分岐したと考えられるようになったのである。あらためて考えると、頭索動物は基本的には左右相称の形を持ってはいるが、根本的なところで左右不対称性が見られる。例えば発生では口はまず左側に開き、その後に正面下に移行する。鰓裂の発達にも左右不対称がある。またナメクジウオ属では生殖腺が左右にあるのだが、それ以外の属では右側にしか発達せず、しかも遺伝子情報からは、この類では右側だけの方が祖先的であるらしい。他方で、脊椎動物は細部に不対称な例はあるものの、むしろ基本は完全に左右対称である。とすれば、頭索動物の直接の祖先に脊椎動物の祖形と共通するものを見いだすのは難しい[9]。
化石

カンブリア紀のバージェス動物群（5億1500万年前）のひとつとして発見されたピカイアがナメクジウオによく似ていると言われる。そのため、これが脊椎動物のもっとも古い先祖と言われたこともある。しかし、それよりやや前の澄江動物群から発見されたハイコウイクチスが当初は頭索類ではないかと言われたが、頭に当たる構造が確認されたことで脊椎動物と考えられるに至った。したがって、それらの系統の分岐はさらに遡ると考えられる。また、同じくユンナノゾーンも当初は頭索類とされながら、現在では半索動物と考えられるに至った。
利害

実用的な利用はほとんどない。中国の廈門では漁獲され、食用となっていた[10]。

それ以上に生物学上の研究対象として重要であり、何より脊椎動物の進化に関わって様々な研究が行われてきた歴史があり、それは1800年代までさかのぼる[11]。例えば内田他(1947)には『此類ハ脊椎動物ノ最低位置ニ近キモノナルヲ以テ、形態學者ノ研究材料トシテ古來最モ貴バル（ママ）』とある[10]。研究対象としてはヨーロッパではニシナメクジウオ B. lanceolatum を、アメリカでは B. floridae が使われ、日本ではヒガシナメクジウオ B. japonicum を用いて多くの研究が成されてきた[5]。