动物的种类繁多，到目前为至已知的约为150万种以上，为便于识别、研究和利用它们，必须进行分类。分类的方法通常采用自然分尖法，即以生物的外部性状、内部构造、生活方式、生物的发生和彼此间的血缘关系等作为分类的依据。根据自然分类法，生物可分为两大界，即动物界和植物界。界（Kingdom）以下分为门（Phylum）、纲（Class）、目（Order）、科（Family）、属（Genus）、种（Species）等。除此之外还可用亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、亚种，变种等来表示更细的分类等级。现以家犬为例，说明其分类系统如下：
脊椎动物门（Phylum Vertebrata）
哺乳纲（Class Mammalia）
真兽亚纲（Subclass Eutheria）
食肉目（Order Carnivora）
肢脚亚目（Suborder Fissipedia）
犬科（Family Canidae）
犬属（Genus Canis）
种（Species familiaris）
学名（Canis familiaris Linne）
依据自然分类法，将已知的150万种动物分为11个门：
（一）原生动物门（Phylum Protozoans）为最原始、最低等的单细胞动物。对人类健康有危害的寄生虫可寄生于人体引起寄生虫病，例如原虫、锥虫、黑热病原虫、痢疾变形虫、杜氏利什曼虫、结肠小袋虫、疟原虫等。有些原生动物可作实验材料，例如变形虫、眼虫、草履虫等。
（二）海绵动物门（Phylum Porfed）是最低等的多细胞动物，均生活在水中。有些海绵动物可供医药用，如脆针海绵（中药叫做紫梢花）可供药用，浴海绵可供医用。
（三）腔肠动物门（Phylum Coelenterates）腔肠动物多辐射对称，体壁由内外两层细胞组成，内层细胞围成身体的内腔，腔有口与外界相通，因为没有肛门，经消化吸收后的残渣仍由口排出，象这样的腔，称为腔肠。其中海蛰、海葵、桃色珊瑚等可供药用，水螅可作实验材料。水母类的刺棘囊内有强毒液，对人有害。
（四）扁形动物门（Phylum Platyhelminthes）扁形动物身体扁平，左右对称，由外中内三个胚层组成，中胚层的出现，使它们的身体结构有可能进一步发展，出现了器官的分化。大多为危害人体或家畜的寄生虫，如血吸虫、姜片虫、肺吸虫、绦虫等，寄生于人体的就有30多种，寄生于动物的则更多，对人体和动物危害很大。
（五）线形动物门（Phylum Nemathelminthes）线形动物是具有原始体腔的多细胞动物。身体一般呈园筒线形，两羰尖细，不分节，有原始体腔。线形动物中有许多种寄生于人体内和动物体内，引起寄生虫病，如蛔虫、钩虫、蛲虫、血吸虫、旋毛虫等。
（六）环节动物门（Phylum Annelids）环节动物是具有体节、真体腔的多细胞动物。体为长圆柱形或长扁平形，左右对称，由许多环节合成。可用于作实验材料的有蚯蚓、水蛭（蚂蟥）等。蚯蚓适合于作胆硷能受体的研究，在祖国医药中蚯蚓入药，名为地龙，有降血压作用。蚂蟥肌对乙酰胆硷具有极高的敏感性，适宜作乙酰胆硷测定实验，蚂蟥可作药内服，治疗瘀血、肿痛。
（七）软体动物门（Phylum Molluscas）软体动物是肉质丰富的多细胞动物。体柔软，不分节，一般有肌肉质的足或腕，也有足退化的。常见的有乌贼、蜗牛、河蚌等。乌贼具有一条巨大的神经纤维，它足以允许把一个微电极插入其内，适合于神经膜电位的研究，乌贼体内的骨板称海螵蛸，为中药材，有止血等作用。石决明、牡蛎、砗磲等可供药用。钉螺、豆螺、扁卷螺等是寄生虫的中间宿主，可引起寄生虫病。
（八）节肢动物门（Phylum Arthropods）节肢动物是具有外骨骼的多细胞动物。它是动物界中种类最多的一门，类群多，分布广，与人和动物的关系极为密切。如蛛形纳中的蜱螨类是传染多种疾病的媒价（回归热、出血热、斑疹伤寒、鼠疫等）。昆虫纲动物则是动物界中最大的动物的类群，其中不少种类是使人和动物引起疾病的病原体的传播媒介，如蚊虫、虱子、白蛉、跳蚤、苍蝇等。
（九）棘皮动物门（Phylum Echinodermata）棘皮动物是皮有棘刺的多细胞动物。全部生活在海中，如海胆、海星等。紫海胆可供药用，冠海胆、环刺毒海胆有毒。
（十）原索动物门（Phylum Hemichordata）原索动物是无脊椎进化到脊椎动物的过渡类型动物。幼体和成体都有脊索，有弹性能弯曲，不分节，这是构成骨骼的最原始中轴。原索动物中的文昌鱼在学术上有重要意义，可供教学、研究用。
（十一）脊椎动物门（Phylum Vertebrata）为动物界中结构最复杂，适应性最完善，在进化上属于最高等的一门动物，绝大部分实验用的动物在这一门动物内。脊椎动物体形对称，多分为头部、躯干部和尾部三部。躯干部有成对的附肢，体内有脊椎骨连成脊椎，并有发达的头骨。中枢神经系在背侧，心脏在腹侧，这与无脊椎动物完全相反。脊椎动物门分为六个纲：园口纲、鱼纲、两栖纲、爬虫纲、鸟纲和哺乳纲。哺乳纲（包括人类）是动物界中最高等的一类，多数实验动物选自此纲。哺乳动物（mammal）特点是有颌；都以乳汁哺育幼儿；体一般分为头、颈、躯干、尾和四肢五部，颈椎七个；体腔由横隔膜分为胸腔和腹腔二部；体表多有被毛；心脏有二心房二心室，血液循环分为大循环和小循环；体温恒定；均有胎生，发生中多有羊膜、尿囊、胎盘。常用的实验用动物均是哺乳动物，如大猩猩、黑猩猩、猩猩、长臂猿、猕猴、狗、兔、猫、豚鼠、大鼠、小鼠、猪、羊、马、牛等。
鸟纲的特点是体表有被羽；两颌变为嘴；前肢变以翼；多为飞行生活；心脏为二心房二心室，血液循环分大循环和小循环；定温；卵生；发生中有羊膜、尿囊；骨髓为硬骨；脊索退化。被选用作实验用动物的有鸽、鸡、鸭等。两栖纲的特点是有颌，发生经过变态或变态不显著；幼时用鳃呼吸，适于水栖，成体一般用肺呼吸，多栖于陆上；心脏为二心房一心室，血液循环分大循环和小循环，但不完全；变温；骨骼为硬骨；脊索退化；卵生。被选用作实验用动物的有青蛙、蟾蜍、蝾螈等。园口纲、鱼纲和爬行纲内很少被选用作为实验用动物。
我国哺乳动物共有十四个目，均属真兽亚纲（Eutheria）。各目中常用的实验用动物见下表，其中除单孔目属原兽亚纲和有袋目属后兽亚纲外，其它十三目均属真兽亚纲。原猴目在分类学上还有一定争议，相当一部分兽类学学者把原猴目与灵长目归并为一个灵长目，降格为亚目。
表1-3 常用哺乳类实验用动物的分类位置
| 目的名称 | 实验动物名称 |
| 单孔目Monotremata | 目前没有 |
| 有袋目Marsupialia | 袋鼠 |
| 贫齿目Edentata | 犰狳 |
| 食虫目Insectivora | 刺猬、鼩鼱 |
| 翼手目Chiroptera | 蝙蝠 |
| 灵长目Primates | 猕猴、狨猴、猩猩 |
| 兔形目Lagomorpha | 兔、鼠兔 |
| 啮齿目Rodentia | 大鼠、小鼠、豚鼠、金黄地鼠、 |
| 鲸目Cetacea | 黑线仓鼠、棉鼠、长爪沙鼠、田鼠等江豚 |
| 食肉目Carnivora | 猫、狗、鼬 |
| 鳍足目Pinnipedia | 海狗 |
| 长鼻目Proboscidea | 没有 |
| 海牛目Sirenia | 没有 |
| 奇蹄目Perissodactyla | 马、骡、驴 |
| 偶蹄目Artiodactyla | 猪、牛、羊、鹿 |