Les cinq classes de vertébrés sont les poissons, les amphibiens, les reptiles, les mammifères et les oiseaux. Ces groupements sont antérieurs à la génétique moderne et représentent des groupements fonctionnels plutôt que de véritables arbres de la phylogénie. Les poissons osseux, par exemple, sont plus étroitement liés aux mammifères qu'aux requins.
Les vertébrés sont membres d'un sous-phylum au sein du phylum Chordata. Les cinq classes de vertébrés sont regroupées selon des lignes taxonomiques classiques plutôt que par clade, ce qui est une représentation fidèle de la relation réelle de chaque groupe avec les autres groupes de chordés. Un clade se compose de tous les descendants d'un ancêtre commun. Ainsi, les mammifères et les oiseaux sont de bons clades, car chaque groupe descend de son propre ancêtre commun, qui n'était l'ancêtre d'aucun autre non-mammifère ou non-oiseau. Les reptiles sont un grade, pas un clade, car certains reptiles sont plus étroitement liés aux oiseaux qu'à d'autres reptiles. Il en va de même pour les amphibiens, qui ne sont pas non plus un vrai clade, car certains descendants de leurs ancêtres communs sont désormais des reptiles, des oiseaux ou des mammifères.
Les quatre classes de vertébrés à respiration aérienne sont appelées tétrapodes et ont des parents proches parmi les poissons osseux. Les tétrapodes et les poissons osseux sont un bon clade, car ils sont tous exactement à égale distance de l'exogroupe vertébré des poissons cartilagineux.
