帚虫动物是触手冠动物门的蠕虫状两侧对称海洋生物，头部具有马蹄形触手冠结构用于滤食。其虫体不分节且包裹在自分泌的角质管中群居，消化道呈U字形并具有真体腔系统。寒武纪化石研究表明帚虫动物祖先为具分节特征的蠕形动物，现代帚虫动物与腕足类、苔藓虫共同构成触手冠动物三大类群。2023年研究澄清了澄江拟管虫原归入帚虫动物的分类错误，揭示其实际属于环节动物门。

虫体呈蠕虫状且终生不分节，前端触手冠由两列马蹄形嵴构成，表面密布含纤毛的中空触手。口部位于腹侧触手环内侧，被月牙形口上片覆盖，肛门开口于触手冠背面。体表分泌的角质管呈灰白色，群体常呈丛状附着于海底基质。

具有三部分真体腔：前体腔退化，中体腔贯通触手内部，后体腔占据躯干主体。消化道包含膨大的胃室与环状肠管，消化方式以细胞内消化为主。循环系统无心脏，背腹血管通过半环形连接构成血液通路，血液因含血红蛋白呈现红色。

主要栖息于潮间带至浅海沙质或泥质海底，通过触手纤毛摆动过滤浮游生物与有机碎屑。现存约12个物种集中分布于太平洋、大西洋的热带海域，常与多毛类、甲壳类形成共生群落。

多数物种为雌雄同体，精子通过后肾排出体外完成受精。胚胎发育经历自由游动的担轮幼虫阶段，幼虫具纤毛环与顶感器。无性生殖通过横裂或出芽方式进行，新个体常与原群体共享角质管。

2022年发现的寒武纪班氏舞凤虫化石证实，帚虫动物祖先具有分节特征并保留两侧对称的蠕虫形态。2023年西北大学研究团队通过15枚澄江拟管虫标本的系统分析，推翻其1997年被归入帚虫动物门的结论，确认该物种属于环节动物门的隐居纲分支。这些发现突显帚虫动物与环节动物在演化过程中的形态趋同性。