עמוד השדרה הוא שרשרת של עצמות קטנות שנקראות חוליות. הוא מחזיק את הגוף, מאפשר לו להתכופף, ומגן על חוט השדרה — צינור העצבים שמחבר בין המוח לשאר הגוף. אצל כרישים ובטאים החוליות עשויות סחוס, ובכל זאת גם הם חולייתנים.
לחולייתנים יש בדרך כלל שלד פנימי, גולגולת שמגינה על המוח, ושני זוגות גפיים — רגליים, ידיים, כנפיים או סנפירים. אצל נחשים ולווייתנים חלק מהגפיים נעלמו במהלך הדורות, אבל עמוד השדרה נשאר.
למרות שהם המוכרים לנו ביותר, החולייתנים הם רק חלק קטן מכל מיני בעלי החיים. רובם המכריע של המינים הם חסרי חוליות.