原腸胚期は原腸の形成と同時、あるいはその後に胚葉が分化する。基本的には、原腸の壁が内胚葉、外側に残った細胞層が外胚葉となるから、この二つの分化が最低限は起こっている。この両者の間に発達するのが中胚葉であるが、その生じ方は様々である。
大まかに言って、それ以外の細胞層から卵割腔内に遊離した細胞が成長増殖して形成される場合と、原腸の壁の一部が区分されて卵割腔内で発達する場合がある。それらが真体腔を形成する場合、前者を裂体腔、後者を腸体腔といい、それぞれ前口動物と後口動物に見られるもの、との判断もあったが、実際にはかなり錯綜している。前者の典型は環形動物に見られ、そこでは原腸の陥入の際に二個の大きな細胞が出現し、これが中胚葉を形成するもとになる。この細胞を端細胞という。後者の例ではウニでは原腸の一部が卵割腔内に入り込んで区切れ、これは水管系などに発達するので、いわゆる腸体腔であるが、間充織の名で呼ばれる部分は個々に卵割腔内に入り込んだ細胞に由来し、これは骨格などを形成する。
系統論との関係.
原腸胚は、その構造として外胚葉と内胚葉を中心として形作られ、消化管の源基としての原腸は原口というただ一つの出入り口だけを持つ。これを刺胞動物の体制に相当すると見たのがヘッケルによる動物の系統論である。つまり、動物の進化の初期に、まず中空で外側に繊毛を持つ細胞層が並んだのが多細胞動物のはじめであり、その細胞群の一部が内部に潜り込んで消化管のもとを作ったのが後生動物の進化の最初であったとするのである。
それ以外の動物群では消化管が通り抜けになるから、これは原口の反対側に新たな開口ができることになるが、それが口になるか肛門になるかは群によって異なるため、この二つが大きな別個の系統を形成する、とする。
ただし異論は多い。何しろ証拠の少ない分野の論議なので諸説あるのは当然であるが、発生の面からは中実胞胚の例が問題となる。ハッジはこれをヘッケルへの反論の理由の一つにあげ、まず中実な多細胞動物が生まれたと説いた。彼の説は常に主流とならず、ヘッケルの説が支持されてきたが、ヘッケル支持層からもむしろ中実胞胚にあたる動物を出発点に考えるべきとの修正案が何度か提出されている。
そのあたりの当否には議論も多いが、少なくとも後生動物全般において、発生の過程においておおむね原腸胚までを共有している。