活動性の低い底生動物で、海底の泥や砂、岩の隙間に住む。穴の中に住むものが多く、垂直やU字状などの穴を掘り、その周囲を体から分泌した粘液で固めるものもある。長い吻を持つものは、穴からその部分を出し、これを海底に伸ばしてその表面で繊毛粘液摂食を行う。餌はデトリタスや底質表面の有機物粒子であると考えられる。吻は時折り伸び縮みさせるので、海底にその跡を残すことがある。吻が短いものは、口から粘液の網を出し、これによって摂食を行うものも知られている。
雌雄異体で、多くは体外受精を行う。ただしボネリムシ類は非常に特殊で、性的二形の著しいものとしても有名である。この類では雄はいわゆる矮雄で、成長しても数mmにしかならず、雌の体内で寄生生活を行い、卵は体内受精する。卵割は螺旋螺割で、トロコフォア幼生を生じる。その後に変態し、体が縦に伸びて繊毛を失い、底生生活に入る。ボネリムシ類では、雄は雌の体に付着して成体となる。この際、幼生が雌に接触するかどうかによって性決定が行われるとされる。
体内のほとんどは大きな1つの体腔となっている。胴部先端の口から続く腸は体腔内で曲がりくねり、後端に開く肛門へ続いている。肛門直前の直腸には一対の肛門嚢が付属する。多くのものが閉鎖血管系を持つ。主要な血管系は腹側と背側を縦走する。神経系は咽頭の回りを囲む囲咽頭神経索と腹側を縦に走る腹神経索がある。腎管は胴体前方に通常1-4対、群によっては1-多数対まであり、腹面前方に並んで口を開く。これは生殖門として働く。生殖腺は普通胴体後部の腹側にある。
円筒形で、のっぺりとした外観の動物で、頭部や体節などの区分はない。胴部の先端に口があり、その背中側面から吻が前に伸びる。吻はごく短いものもあれば、胴部より長く伸びるものもある。ボネリムシではその先端が二つに分かれる。吻は口の側の面が粘膜となっており、伸び縮みするが、ホシムシのように体内に引き込められることはなく、また種によってはたやすく自切する。この動物の吻は口前葉が起源とも言われる。胴部には付属肢などはなく、わずかに口の後方や胴体の後端に剛毛（腹剛毛、尾剛毛）を持つものがある。
地名の由来については諸説あるものの、「沖の海原」を指す「トハラ」から転訛したという説が有力。宝島からは縄文後期や弥生中期の土器が出土している。『続日本紀』には、699年8月19日（文武天皇3年七月辛未）に、多褹、夜久、菴美、度感の人が物を貢いだことが記されており、これらの地名はそれぞれ種子島・屋久島・奄美大島・徳之島に当たるが、度感をトカラ列島に比定する説もある。いっぽう、『日本書紀』に吐火羅（白雉5年）、覩貨邏（斉明天皇3年）の文字が見え、中国西域の人種であるとする説の一方で、日向や筑紫、「海見嶋」に漂着との記述がある事から、これをトカラ列島に比定する説もある。古くは朝廷から南海（南西諸島）に派遣される覓国使や遣唐使の海上目標や休憩地として認識されていた。中世の日宋貿易においても同様であり、平家の落人伝説もある。列島各島には平家末裔を称する島司があり、島の実権と祭祀を掌握していた。十島は、平安時代末期から鎌倉時代にかけて南薩摩で権勢を誇った薩摩平氏の河邊氏一族の勢力下に入ったと見られる。河邊氏の差配地として薩南島（河邊十二島）が挙げられ、河邊十二島は「口五島」と「奥七島」に分けられ、奥七島をトカラ列島に比定している。承久の乱（1221年）後は得宗家被官の千竈氏の差配地となる。鎌倉時代の1227年（安貞元年）に薩摩国川辺郡となる。ただし、鎌倉時代に朝廷や政権の実効支配が及んでいたかどうかは不明である。15 - 16世紀には種子島氏の勢力も及ぶ。1450年（宝徳2年）、朝鮮の船が難破し臥蛇島に漂着、生存者の内2名は薩摩、2名は琉球に連行される。これをもって臥蛇島などが日琉両属体制にあったとする説がある。中近世（16 - 18世紀）にはトカラ列島の海域を本拠に薩摩と琉球の間の交易を取り持つ海上交易勢力としての七島衆が現れる。琉球侵攻では薩摩兵の水先案内人を務め琉球にも入り死者も出ている。一方で薩摩の内情を琉球王府に伝えるなど、日和見的立場を取っていた。琉球侵攻以降、トカラ列島は薩摩藩島津氏の支配地となり七島地頭（島津家臣）と七島郡司（七島衆）が置かれる。文政7年（1824年）には宝島にイギリス船が来島し、牛を略奪したイギリス人1名が射殺される宝島事件が起きた。翌年の文政8年（1825年）には異国船打払令が出された。 1944年（昭和19年）8月、疎開船対馬丸が悪石島沖で米軍に撃沈され沈没した（対馬丸事件）。1946年8月、引揚者や復員兵を乗せ密航（当時は米軍統治下）した宝永丸が定員超過のため中之島沖で沈没、50人の犠牲者を出した。