不具横耙和绞结，分枝规则，常为正分枝。线管外露，营浮游生活。

反称笔石的笔石体具三个原始枝，各正分枝若干次，一般为3-4级，可达六级。笔石枝大多平伸。正胞管直管状，呈锯齿状排列，副胞管短而简单。存活于早奥陶世早期。

枝笔石的笔石体平伸，两个原始枝，一般正分枝5-6级，可达8-9级，笔石枝通常一级比一级长，末级枝数目甚多，且近平行。正胞管直管状。存活于早奥陶世。

树枝状或皮壳状群体，正胞管和副胞管不规则分枝，茎胞管不发育。存活于奥陶纪至志留纪（我国贵州、陕西有这类笔石报道）。

皮壳状群体，正胞管始端膨大呈气球状，名为腔部；末端具细长、竖立的颈部。存活于早奥陶世早期。

群体皮壳状，形态不规则，茎胞管含不规则分枝的茎系，具正胞管，但副胞管不发育。早奥陶世早期。

胞管有正胞管、副胞管和茎胞管三种，具发育的茎系。笔石枝分枝规则或不规则。笔石枝一般数目较多。表皮组织较厚，可侧向延伸成横耙，将相邻笔石枝连结起来。笔石枝还可波状弯曲，使相邻笔石枝相互连接，构成卵圆形网眼，名为绞结。存活于中寒武世至早石炭世。

笔石体皮壳状，似腔笔石。但正胞管间隔较稀，具短而直立的颈部，口部变形，常具口叶。副胞管细长圆柱状。现知仅出现于奥陶纪至志留纪的欧洲。

仅有一种胞管（相当树形笔石正胞管），不具副胞管和茎胞管。分枝规则，由一个至多数笔石枝组成。表皮组织较薄，营浮游生活。奥陶纪至早泥盆世。主要根据中轴的特征分为无轴亚目、隐轴亚目和有轴亚目。

无轴亚目，始部胞管向下生长，胎管外露，未形成中轴。笔石枝很多或只一枝，下垂至上斜。胞管形状有均分笔石式、纤笔石式和中国笔石式多种。可有侧枝、次枝。存活于奥陶纪，个别见于早志留世。

隐轴亚目，笔石体由两个或四个独立地上攀生长的笔石体组成，呈双肋式或单肋式。破碎时常沿笔石枝之间攀合线分开。中轴发育或不发育，位于上攀的笔石枝之间。存活于早奥陶世中期至晚奥陶世。

有轴亚目的笔石体由一列或两列上攀生长的胞管组成。中轴发育。胞管形状很多。这类笔石根据笔石体上胞管的排列，可分为双列胞管的双笔石类和单列胞管的单笔世类。双列胞管笔石体破裂时不易沿笔石枝之间攀合线分开。胞管表皮层可退化为网格等。双笔石类生存于早奥陶世中期至志留纪；单笔石类自志留纪至早泥盆世。

根据化石保存的状态、共生动物的类别以及笔石动物自身的骨骼构造，科学家推测一部分笔石动物在海底营底栖固着生活，例如大部分的树形笔石，它们有固定的茎、根等构造；另一部分笔石动物营漂浮生活，例如正笔石，它们具有叫做“线管”的丝状体，用来附着在漂浮体上。

笔石动物可以与腕足动物和三叶虫等动物的化石共生。但是也有一些特定的环境里只有漂浮笔石而没有其它生物或是仅有极少的浮游生物伴生。

笔石通常保存在黑色页岩中，究其原因可能是因为当时的沉积环境海水较为平静，海底还原作用强，氧气不足，含有较多的硫化氢，不适宜底栖生物生存，但是在这样的环境里营漂浮生活的笔石可以在表层水体中生活，死后尸体沉入水底变成化石；另一种原因则可能是因为当笔石从正常的水体漂浮到这种不宜生存的水体中时，便大量死亡并沉入海底，而海底底栖动物稀少，没有将这些笔石尸体“消灭”掉，它们就大量保存下来并变成了化石。除了页岩之外，在细砂岩、粉砂岩或灰岩中也能发现一些笔石化石。

笔石分布广，演化快，同一物种可以在世界上许多洲发现。根据笔石演化的阶段特征及特殊类型的地质历程，在地层对比中有独特的价值。