晚期盛極一時的四射珊瑚、床板珊瑚類都消失了，腕足類也大衰退，而軟體動物的崛起成為中生代無脊椎動物發展曆史上的一個顯著特征，如海洋中頭足類的菊石和瓣鰓類並迅速向陸地進軍，很快地占領了河流、湖泊，淡水類型也大大發展起來，與其同時興盛的還有軟體動物的另一類型——腹足類，但它們比瓣鰓類要遜色得多，作為標準化石的意義也沒有那麼重要，但也是海水和淡水中常見的類型。除軟體動物以外，節肢動物如介形蟲、葉肢介和昆蟲類也大量發展，此時的昆蟲類出現了可以折疊的翅。
海洋中的頭足類——菊石
菊石屬於軟體動物頭足綱，起源於古生代中期，到中生代趨於極盛，幾乎霸占了整個大海，菊石類化石達數千種之多，乃至有人稱中生代為“菊石時代”。隨著中生代結束菊石也就和恐龍一道終於滅絕了。
菊石外形及大小和菊花差不多，菊石也有很大的，例如就有一種狀怪如輪，直徑可達3米的，如將其展直，製成梯，可爬至四層樓頂。據說，大英博物館收藏的一塊菊石碎殼，直徑長達2米，推算整個菊石展開長達11米。
菊石化石在中國南方及東北烏蘇裏江一帶均有發現，中國登山隊在西藏就采到很多的中生代菊石化石。
海洋和陸地水域中的雙殼動物——瓣鰓類
瓣鰓類就是指今天在海洋和湖泊中常見的蚌、蜆、蛤、蚶等動物，它們從古生代初期的海洋中就已出現，在中生代則向陸地進軍，廣布於海洋和淡水湖泊中，達於極盛，一直延續至今。
瓣鰓類的主要特點是具有兩瓣殼（有人稱雙殼類），它的鰓通常呈瓣狀，稱為瓣鰓類。又因它的足常呈斧形，故又稱為斧足類。
瓣鰓類具有兩個大小相等的殼，兩殼在背方鉸合，腹方張開，兩殼均有殼喙，殼喙通常指向前方。如果觀察者把兩殼背麵向上，腹麵向下，前方向前，後方麵對觀察者，在觀察者左邊一個殼稱為左殼，右方的一個殼稱為右殼，其中殼長為前後最大距離，殼高為背腹最大距離，殼厚為兩殼之間的最大距離。
中生代海洋中的瓣鰓類有早三疊世的克氏蛤、中三疊世的優美同心褶蛤、侏羅紀的三角蛤。淡水瓣鰓類有侏羅世的裸珠蚌、晚三疊世的費爾幹蚌、白堊紀的類三角蚌和假嬉蚌。
腹足類——螺殼
化石腹足動物包括生活在海洋、湖沼和陸地上的各種螺類。它們的足常位於身體的腹側，有寬大的肌肉足，故名腹足類。足的前部是頭，頭有口和感覺器官。通常有一個外套膜分泌的螺殼。
腹足類出現於早古生代，直到中生代開始發展到現代。螺殼由螺塔和體螺環組成。螺塔由許多螺環組成，螺環之間接合線為縫合線。殼有口，殼口內有內唇，殼口外麵有外唇。殼麵還常有生長線及垂直於生長線的旋、殼紋、殼脊等。將殼頂向上。殼口麵向自己，殼口在觀察者右方，則為右旋殼，殼口在左方則為左旋殼。
節肢動物從海洋向陸地和空中發展
甲殼類——葉肢介
葉肢介化石從泥盆紀出現，至中生代大量發展直到現代，主要產於陸相地層中，在海相地層中也有。現生葉肢介常生活在池塘、水田、水溝等小水域中。常常在春季出現，夏季或初秋消失，整個生活史僅有三個星期至幾個月時間，主要食物是細菌、藻類、原生動物等。
如中國南京的南京狹蚌蟲就是一種現生葉肢介節肢動物。它披有兩瓣半透明的幾丁質殼瓣類似的外殼，其軀體頭部有一對複眼。全部軀體具有10～42個體節，體節生有附肢並成葉狀，這就是葉肢介名稱的來源，最後部分的體節無附肢，但其各節的背麵具刺或剛毛。