中胚层主要分化为三个部分，在脊索两旁从内向外依次是轴旁中胚层、间介中胚层和侧中胚层。轴旁中胚层紧邻脊素，从颈部向尾端，先后分化形成42~44对左右对称的块状结构，称为体节。体节将分化形成背侧的皮肤真皮、骨骼肌和中轴骨骼。间介中胚层位于轴旁中胚层和侧中胚层之间，将分化为泌尿生殖系统的主要器官。侧中胚层是最外侧的部分，其中出现的腔称为胚内体腔，该腔将侧中胚层分为两层。与外胚层相贴的为体壁中胚层，将主要分化为胸、腹部和四肢的皮肤真皮、骨骼肌、骨骼和血管；与内胚层相贴的为脏壁中胚层，将分化为消化管、呼吸道管壁除上皮以外的其他结构，胚内体腔则分化为心包腔、胸膜腔和腹膜腔。填充于上述三部分之间的中胚层细胞通常先分化为间充质，然后再分化为部分结缔组织和血管等。脊索大部分将退化消失，部分残留在椎间盘内，形成髓核。