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A característica mais peculiar do filo é a metametria, ou seja, a divisão do corpo em partes similares, ou segmentos, que estão dispostos em uma série linear ao longo antero-posterior.

Os anelídeos são animais com corpo alongado, com simetria lateral, segmentado, triblásticos, protostómios e celomados, ou seja, com a cavidade do corpo preenchida de um fluido, onde o intestino e os outros órgãos se encontram suspensos.

Os oligoquetos e os poliquetos possuem celoma grande, mas, nas sanguessugas, o celoma está preenchido por tecidos e é reduzido a um sistema de estreitos canais; em alguns arquianelídeos o celoma está completamente ausente. O celoma pode estar dividido numa série de compartimentos por septos. Em geral, cada compartimento corresponde a um segmento e inclui uma porção dos sistemas nervoso e circulatório, permitindo-lhes funcionar com relativa independência. Cada segmento está dividido externamente em um ou mais anéis, sendo coberto por uma cutícula segregada pela epiderme e, internamente, possui um fino sistema de músculos longitudinais. Estas características são parcialmente comuns aos nemátodos e aos artrópodes e, por isso, eles foram durante algum tempo colocados no mesmo grupo sistemático, o filo Articulata, mas estudos mais recentes revelaram que essas características devem ser consideradas como convergências evolutivas.

Nas minhocas (Oligochaeta), os músculos são reforçados por lamelas de colagénio; as sanguessugas (Hirudinea) têm uma camada dupla de músculos, sendo os exteriores circulares e os interiores longitudinais, o músculo oblico se situa entre esses músculos. Os Hirudineas possuem também músculos dorso-vetrais.

A maioria dos anelídeos possui, em cada segmento, um par de cerdas, mas os Polychaeta (minhocas marinhas) possuem ainda um par de apêndices denominados parapódios (ou "falsos pés"). Na extremidade anterior do corpo, antes dos verdadeiros segmentos - a cabeça -, encontra-se o protostómio onde podem ser encontrados os olhos e outros órgãos dos sentidos. No segmento seguinte, peristómio, encontra-se a boca. A extremidade posterior do corpo é o pigídio, onde está localizado o ânus e células com capacidade de diferenciação nos diversos tecidos, durante o crescimento. Muitos poliquetos possuem órgãos de sentidos bastante elaborados, mas as formas sésseis muitas vezes apresentam tentáculos em forma de pluma, que eles utilizam para se alimentarem. Para além disso, muitas espécies têm fortes maxilas, por vezes mineralizadas com óxido de ferro.

O sistema digestório dos anelídeos é completo, com a boca situada no primeiro segmento corporal e o ânus localizado no último segmento. A digestão é extracelular, o tubo digestivo é bastante especializado, devido à variedade das dietas. Muitas espécies são predadoras, como, por exemplo, os poliquetos carnívoros que possuem mandíbulas para a captura de alimento; outras são detritívoras; as minhocas possuem cecos intestinais e tifossole que aumenta a absorção do alimento; outras alimentam-se por filtração, outras ainda ingerem sedimentos, dos quais o intestino tem de separar a parte nutritiva; finalmente, as sanguessugas alimentam-se de sangue de outros animais, por sucção.

O sistema circulatório dos anelídeos é fechado, formado por vasos sanguíneos interligados, composto por um vaso sanguíneo dorsal que leva o "sangue" no sentido da posterior e outro ventral, que o traz na direcção oposta; em cada segmento, existe

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