За багатьма ознаками будови членистоногі близькі до кільчастим черв'якам, особливо до полихетам. Членистоногі - це двустороннесимметрічних сегментовані тварини. Центральна нервова система у більш примітивних членистоногих дуже схожа зі сходової нервовою системою поліхети.Специфічні ознаки членистоногих пов'язані з тим, що у них тіло покрите дуже щільною і міцною кутикулою, яка нерідко утворює дуже твердий панцир з хітину. Хітин - це складний полісахарид, він еластичний, міцний і стійкий до хімічних впливів.У тілі членистоногих зазвичай можна розрізнити 3 відділи - голову, на якій знаходяться основні органи чуття, службовці для орієнтування в просторі (очі, вусики і ін.), І органи захоплювання їжі. Сегменти голови у членистоногих злиті. Далі слід груди - той відділ тіла, на якому розташовуються основні рухові придатки - ноги, а у комах і крила. Задній відділ тіла називається черевцем. У деяких членистоногих все туловищние сегменти більш-менш однорідні, і тоді в тілі тварини розрізняють тільки 2 відділи - голову і тулуб.
Традиційно кільчастих хробаків зближують з членистоногими. Спільними для них особливостями можна вважати наявність постларвальной сегментації тіла, пов'язане з цим особливу будову нервової системи (черевна нервова ланцюжок). З усіх кільчастих хробаків найближче до членистоногих многощетінковиє, що, можливо, свідчить про те, що кільчасті черви - парафілетіческая група. Як і у членистоногих, у них розвинені бічні придатки тіла, параподии, які вважаються попередниками ніг членистоногих, а в циркуляції крові головну роль грає м'язова обкладка спинного судини. Наявність кутикули можна вважати межею, унікально властивою кільчастим черв'якам і членистоногих, оскільки кутикулярних епітелії досить широко поширені в різних групах безхребетних. Більш того, кутикула аннелид здебільшого не містить хітину, характерного для членистоногих. У аннелид, як і у деяких інших груп черв'яків, хітінсодержащая кутикула є тільки на невеликих ділянках тіла: на «щелепах» в глотці і на щетина.
Разом з тим, за низкою особливостей ембріонального розвитку кільчасті черви близькі до інших трохофорних тваринам, наприклад, молюскам і сіпункулід.
Разом з тим, ряд дослідників вважає, що схожість з членистоногими за такими ознаками, як сегментація, будова нервової системи, кутикула, є результат конвергентної (паралельної) еволюції.