按动物学的分类法，动物在界(kingdom，regnum)以下分：门(phylum，phylum)、纲(class，classis)、目(order，ordo)、科(family，familia)、属(genus，genus)、种(species，species)。种是动物学分类系统上的基本单位。同种动物能共同生活、交配、繁衍后代；异种动物之间存在生殖隔离。一般认为，不同种的动物是自然选择的产物。相近的种归并为属，相近的属归并为科，相似的科归并为目，目以上的等级为纲、门，最高为界。有时为了更明确地表明动物间的相似程度，还细分为亚门、亚纲、亚目、总科和亚科、亚属、亚种等。

    从研究对象看，实验动物学是动物学的分支。实验动物的自然分类仍沿用动物学的上述分类方法，但有其特点。已知的150万种动物分属11个门。实际上，绝大多数实验动物属脊索动物门、脊椎动物亚门。以家犬为例，其动物学分类为：动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、哺乳纲、真兽亚纲、食肉目、犬科、犬属、家犬种。目前常用的实验动物均为哺乳类，其分类从门至纲几乎完全相同，均为脊索动物门、脊椎动物亚门、，哺乳纲，其下除单孔目和有袋目(已培育出标准化实验动物袋鼠)为后兽亚纲以外，均为真兽亚纲，但目以下的分类则各不相同(见表1)。

    实验动物尚根据遗传特征将动物在种以下细分为各个品种(breed)和品系(strain)；有些品系还细分为亚系。品种是人们根据不同需要而对动物进行改良、选择，即定向培育，并具有某种特定外形和生物学特性的动物群体，其特性能较稳定地遗传。如已培育出新西兰兔、青紫兰兔和日本大耳白兔等品种的实验用兔。

    品系即“株”，为实验动物学的专用名词，指来源明确，并采用某种交配方法繁殖，而具有相似的外貌、独特的生物学特征和稳定的遗传特性，可用于不同实验目的的动物群体；如近交系、封闭群(远交群)、突变系、系统杂交动物等。以NIH小鼠为例，按动物学分类，为动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、哺乳纲、真兽亚纲、啮齿目、鼠科、小鼠属、小家鼠种；并按实验动物学分类，为NIH品种小鼠，封闭群品系。

    此外，作为实验用动物被应用于科学研究的动物还有：贫齿目、犰狳科、犰狳属的犰狳，食虫目、刺猬科、刺猬属的刺猬和鼠句鼱科、鼠句鼱属的鼠句鼱，翼手目、蝙蝠科、蝙蝠属的蝙蝠，鲸目、沙骨科、江豚属的江豚，鼬科、鼬属的鼬，鳍足目、海狗科、海狗属的海狗，奇蹄目、马科、马属的马和骡以及马科、驴属的驴，偶蹄目、牛科、牛属的牛和鹿科、鹿属的鹿。目前还没有实验动物的是单孔目、长鼻目和海牛目。