Внешнее строение. Покровы. Круглоротые имеют удлиненную угревидная форму тела. Парных плавников нет. Кожа, как и во всех позвоночных, состоит из многослойного эпидермиса и дермы. Кожные железы выделяют большое количество слизи, которая предохраняет от повреждений, облегчает передвижение в воде.
Скелет представлен хордой и хрящевым черепом. Череп состоит из пластинки, которая является опорой для головного мозга и защищает его по бокам (сверху мозг покрыт только соединительной тканью). Хрящи черепа образуют также жаберные решетки - опорный элемент для жабр.
Нервная система. У круглоротых, в отличие от ланцетников, нервная трубка разделяется на спинной и головной мозг. В головном мозге выделяют следующие отделы: передний, промежуточный, средний, продолговатый мозг и мозжечок. Из органов чувств развиты обоняние, зрение (глаза расположены по бокам головы под кожей), орган слуха (внутреннее ухо), равновесия (два полукружные каналы) и боковая линия - орган восприятия движения и ориентации в пространстве.
Пищеварительная система и питание. Круглоротые - полупаразиты. Для присасывания к жертве служит присмоктувальна лейка, наделена роговыми зубчиками. В глубине воронки расположено ротовое отверстие, ведущее к глотке. Оттуда пища попадает в кишечник, не образует петель. У круглоротых печень отделена от кишки и открывается в нее выводным протоком. Питаются миноги и миксины кровью и мягкими тканями. Слюнные железы выделяют пищеварительные ферменты и вещества, препятствующие свертыванию крови.
Дыхательная система. Поскольку круглоротые присасываются ротовым отверстием к жертве, у них выработались механизмы, позволяющие дышать во время питания. Жаберные мешки круглоротых расположены внутри скелета жаберного аппарата - жаберных решеток. Каждый жаберный мешок имеет внешний и внутренний отверстия (последний открывается в глотку). Когда животное свободно плавает, вода поступает в жаберные мешки через рот и внутренние отверстия, а после газообмена выходит через наружные отверстия. Если минога или Миксина присасывается к рыбе, вода циркулирует только через внешние отверстия.
Кровеносная система замкнутая. Появляется сердце состоит из предсердия и желудочка. Насыщенная углекислым газом венозная кровь поступает в предсердия, далее в желудочек, а оттуда - в жабр. Окисленных артериальная кровь собирается в нечетное спинную аорту, которая лежит под хордой, и разносится по всему телу.
Система выделения. У круглоротых впервые появляются туловищный (первичные) почки - орган выделения и осморегуляции. Почка имеет вид ленты, от которой отходит мочеточник, открывающийся наружу мочеполовым отверстием.
Половая система и развитие. Круглоротые раздельнополые. Мужские половые железы представлены нечетным семенником, женские - яичником. Как и у ланцетника, они не имеют собственных выводных протоков. Оплодотворение наружное. Миноги развивающихся с превращением, проходя личиночной стадии, у миксин развитие прямое.