Кровоносна система у хребетних, як і у безхребетних, замкнута. Вона складається із сполучених між собою кровоносних судин, які в грубій схемі можуть бути зведені до двох стовбурів: спинному, де кров тече від голови до хвоста, і черевному, по якому вона рухається у зворотному напрямі. На відміну від безхребетних, у хребетних рух крові пов'язаний з діяльністю серця.
Серце є товстостінним мускульним мішком, розділеним на декілька відділів, — камер. Основними відділами серця є передсердя, що приймає кров, і шлуночок, що направляє її по тілу. Число камер серця різне у різних класів хребетних. Ембріонально серце виникає як розширення задньої частини черевної аорти, яка в цьому місці згущується в зігнуту петлю. Передній відділ петлі дає початок шлуночку серця, задній — передсердю. Серце має поперечно-смугасту мускулатуру, що працює в автоматичному режимі, і скорочення його не підпорядковане вольовим імпульсам. Розміри серця пов'язані з інтенсивністю його роботи, і його розміри щодо розмірів тіла збільшуються у ряді хребетних.
Кровоносні судини підрозділяються на дві системи: артеріальну, в якій кров тече від серця, і венозну, по якій кров повертається до серця. В процесі ускладнення хребетних спостерігається перехід від тварин, що мають одне коло кровообігу, до таких, яким притаманні два кола кровообігу.
За своєю природою кров відноситься до сполучної тканини, проникаючої в кровоносне русло з міжклітинного простору. Кров хребетних складається з безбарвної рідини — плазми, в якій знаходяться формені елементи крові: червоні кров'яні тільця, або еритроцити, що містять пігментну речовину — гемоглобін, і білі кров'яні тільця — лейкоцити. З еритроцитами пов'язано окислення крові, оскільки вони переносять кисень. Лейкоцити беруть участь в знищенні мікроорганізмів, що потрапили в тіло. Крім того, в крові є тромбоцити, що грають важливу роль в згортанні крові, а також інші клітки. Маса крові в еволюційному ряду хребетних збільшується.
Кровоносна система багатофункціональна. Вона бере участь в отриманні органами, тканинами, клітинами кисню, органічних і мінеральних речовин, рідин і винесенні продуктів розпаду, шлаків, вуглекислого газу; в перенесенні гормонів залоз внутрішньої секреції. Разом з кровоносною системою у хребетних є інша, пов'язана з нею, судинна система — лімфатична. Вона складається з лімфатичних судин і лімфатичних залоз. Лімфатична система незамкнута. Тільки великі її судини мають самостійні стінки, тоді як їх розгалуження відкриваються в міжклітинні простори різних органів. Лімфатичні судини містять безбарвну рідину — лімфу, в якій плавають лімфоцити, що утворюються в лімфатичних залозах. Рух лімфи обумовлюється скороченням стінок, деяких ділянок крупних судин (так званих лімфатичних сердець) і тиском, що періодично змінюється, на судини різних органів. Лімфатична система служить посередницею в обміні речовин між кров'ю і тканинами.
