뇌
척추동물의 두뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피증가가 특징적이다. 원시어류의 경우 척추 앞부분에 약간 부풀어오르는 돌기모양의 뇌를 갖는다. 그보다 조금 더 발달한 어류는 원시어류에 비해 약간 큰 1~2g 정도의 돌기를 갖게 되었다. 이 돌기가 고등 동물의 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당된다.
활동전위
식물, 곤충 같은 무척추동물, 파충류와 포유류 등 척추동물을 포함하여 다세포생물에 널리 활동전위가 존재한다. 해면동물은 다세포 진핵생물 중 활동전위를 전달하지 않는 주요 문에 속한다. 다만 전기적 형태의 신호를 갖추고 있다는 연구도 있다. 활동전위의 크기 및 지속 시간과 마찬가지로 휴지전위는 진화를 거치면서 크게 변화하지 않았다. 전도 속도는 반면에 축삭 지름과 미엘린 수초 형성을 통하여 크게 증가하였다.