Phần lớn các động vật phức tạp hơn sứa và các động vật Cnidarians khác được chia thành 2 nhóm, protostome và deuterostome, và động vật có dây sống thuộc nhóm deuterostome.[1] Có thể Kimberella có tuổi 555 triệu năm là thành viên thuộc nhóm protostome.[2][3] Nếu vậy, các nhánh protostome và deuterostome phải tách ra vào thời điểm trước Kimberella ít nhất 558 triệu năm, và do đó trước khi bắt đầu kỷ Cambri.[1] Ernietta hóa thạch Ediacaran có tuổi 549 - 543 triệu năm có thể là đại diện của deuterostome.[4]

Các hóa thạch của một nhóm chính deuterostome, echinoderm (các thành viên hiện đại của nhóm này gồm sao biển, hải sâm huệ biển) thì khá phổ biến vào đầu kỷ Cambri (542 triệu năm).[6] Hóa thạch Rhabdotubus johanssoni thuộc kỷ Cambri giữa đã được phân tích thuộc nhóm pterobranch hemichordate.[7] Các ý kiến khác nhau về liệu hóa thạch Yunnanozoon thuộc hệ động vật Chengjiang có từ Cambri sớm là hemichordate hay chordate.[8][9] Một hóa thạch khác là Haikouella lanceolata cũng từ Chengjiang được phân tích là một chordata và có thể là craniate, vì nó thể hiện các dấu hiệu của tim, động mạch, mang sơi, đuôi, dây thần kinh quấn nhau với não ở phần tận cùng phía trước, và mắt— mặc dù nó cũng có xúc tu quanh miệng của nó.[9] Haikouichthys và Myllokunmingia cũng từ Chengjiang fauna được xem là cá.[5][10] Pikaia được phát hiện sớm hơn nhiều nhưng từ đá phiến sét Burgess Cambri giữa cũng được xem là động vật có dây sống nguyên thủy.[11] Mặc khác các hóa thạch của động vật có dây sống ban đầu là rất hiếm vì các động vật có dây sống không xương sống không có xương hoặc răng, và chỉ có một loài được thông báo là còn tồn tại trong kỷ Cambri.[12]