Niveljalkaiset ovat suurimpia eläimiä, ja niissä on yli miljoona kuvattua lajia, joiden arvioidaan olevan 6–7 miljoonaa. Niveljalkaisille, joiden nimi tarkoittaa ”niveljalkoja”, on luonteenomaista kova luuranko, segmentoidut kappaleet ja avoin verenkierto. Ryhmään kuuluvat hyönteiset, äyriäiset, myriapodit (tuhatjalkaiset ja tuhatjalkaiset), cheliceraatit (hämähäkit ja hevosenkengänraput) ja useita sukupuuttoon kuolleita ryhmiä, mukaan lukien trilobiitit. Niveljalkaisten fylogeneesi on epäselvä tieteellinen aihe, ja mielipiteet muuttuvat jatkuvasti, kun uutta tietoa tulee.
Niveljalkaisia pidetään lähes yleisesti monofyyttisinä, mikä tarkoittaa, että ne polveutuvat yhteisestä esi -isästä sen sijaan, että ne syntyisivät useita kertoja. Tämä on ristiriidassa 1970 -luvulla vallitsevan näkemyksen kanssa. Vuoden 2001 niveljalkaisetutkimus asettaa ryhmän mikroskooppisten vesieläinten fyla -tardigradien viereen. Molemmat liittyvät puolestaan samettimatoihin, ryhmään kehittyneitä maanpäällisiä matoja, joiden fossiilinen ennätys ulottuu takaisin kambriaan tai ennen (~ 545 miljoonaa vuotta sitten). Niveljalkaisia oli olemassa varhaisessa kambriassa, noin 530 miljoonaa vuotta sitten, mutta on kiistanalaista, oliko niitä olemassa ennen tätä. Kovat kynsinauhat, kuten niveljalkaisten yleiset, esiintyvät fossiilisissa ennätyksissä vain noin 545 miljoonaa vuotta sitten.
Tällä hetkellä on olemassa kaksi ensisijaista teoriaa niveljalkaisten sijoittamisesta elämän puuhun. Yksi asettaa niveljalkaiset annelidien (segmentoitujen matojen) rinnalle niiden jaetun segmentoinnin perusteella. Uudempi analyysi asettaa niveljalkaiset sukkulamatojen ja useiden pienten lajien, kuten penismatojen, rinnalle sulamisen yhteisen ominaisuuden perusteella. Tätä ryhmää kutsutaan ekdysiksen jälkeen “Ecdysozoa”, joka tarkoittaa sulamista. Sulatus tarkoittaa, että eläin kasvaa irrottamalla eksoskeletoninsa ja kasvaa sitten suuremmiksi, kunnes uusi exoskeleton kovettuu.
Käsityksemme niveljalkaisten ryhmien välisestä suhteesta on tällä hetkellä muutoksen tilassa. Eräs 70 -luvun luokittelujärjestelmä laittoi niveljalkaiset alaleukalaisiin, mukaan lukien myriapodit, äyriäiset ja kuusijalat (hyönteiset). Tämä luokittelujärjestelmä on hylätty vähitellen, koska uudemmat tutkimukset osoittavat, että kuusijalat ovat todellisuudessa sisäkkäisiä äyriäisiin (eli ensimmäiset niveljalkaiset, jotka ovat kehittyneet äyriäisistä, ei myriapodeista), ja myriapodit ja chelicerates ovat itse asiassa sisarryhmä nimeltä Myriochelata. Tätä kutsutaan Pancrustacea -hypoteesiksi. Näitä luokituksia tarkennetaan varmasti, kun molekyyli- ja fossiilisia tietoja tulee enemmän.