Тело ланцетника узкое, вытянутое, голова не обособлена. Хвостовой конец несёт широкий тонкий плавник, напоминающий хирургический ланцет или копьё.
Спереди располагается предротовое отверстие в окружении щупалец. За ним с боков тела спускаются две складки, которые срастаются нижними краями. Сросшиеся складки формируют атриальную (околожаберную) полость, которая открывается сзади атриальным отверстием (атриопором).
Покровы, опорно-двигательная система
Тело покрыто двумя слоями: эпидермисом и студенистой тканью. Скелет состоит из хорды, которая вдаётся в головной конец дальше нервной трубки. За это ланцетников и называют головохордовыми.
Мышцы разделены перегородками (миосептами), чем обеспечивается сегментация тела. К мышечным волокнам от нервной трубки отходят нервы.
Пищеварительная система
Предротовое отверстие окружено щупальцами, ведёт в воронку, на дне которой расположен рот. Регулирует ширину ростового отверстия мышечная перепонка, парус. Щупальца нагнетают воду в воронку, а также отфильтровывают слишком крупные частицы пищи.
Ротовое отверстие ведёт в длинную глотку. Стенки глотки покрыты слизью, которую гонят по желобкам реснички эпителия. Пища вязнет в слизи и вместе с ней движется к кишке.
Кишка не разветвлённая, имеется только небольшой печёночный вырост. Пищеварение происходит как в кишечной полости, так и путём фагоцитоза. Остатки непереваренный пищи периодически выделяются через анальное отверстие.
Дыхательная система
Боковые стенки глотки пронизывает множество жаберных щелей. Их покрывает мерцательный эпителий, который обеспечивает постоянный ток воды через щели (из глотки в атриальную полость).
Межжаберные перегородки густо пронизаны тонкими кровеносными сосудами, здесь происходит газообмен между водой и кровью.
Кровеносная система
Кровь ланцетника бесцветная, без форменных элементов, газы непосредственно растворены в жидкости. Сердца нет, циркуляция крови обеспечивается ритмичными сокращениями брюшной аорты. Кровеносная система замкнутая, хотя настоящих однослойных капилляров в ней нет: артериальная кровь попадает сразу в небольшие межклеточные пространства, из них — в вены. Венозная кровь собирается в венозном синусе.
У ланцетников появляется воротная система печени. Кровь от кишечника, богатая питательными и токсичными веществами, сперва проходит через печень, там очищается и только потом попадает в венозный синус. При этом часть моносахаридов из крови остаётся в печени, образуя гликоген.
Выделительная система
Схожа с органами выделения кольчатых червей. Состоит из эктодермальных канальцев, метанефридиев. Один конец каждого канальца открывается в полость тела (целом), а другой — в атриальную полость. Жидкость с продуктами обмена выводится наружу из атриальной полости.
Нервная система
Нервная трубка находится над хордой, защищена соединительнотканными тяжами. Головной мозг не выражен, но передний конец нервной трубки расширен. К каждому мышечному сегменту отходит пара периферических нервов, спинной и брюшной.
У ланцетников есть светочувствительные глазки, на переднем конце тела находится обонятельная ямка.
Половая система и размножение
Все бесчерепные раздельнополы. В полости тела находится множество парных половых желёз. Гаметы выходят наружу через атриальную полость, в воде происходит оплодотворение. Личинка сперва свободно плавает, но по мере развития оседает на дно.
