Nematoda (Nemathelminthes) memiliki tiga lapisan embrionik, yaitu ektoderm, mesoderm, dan endoderm. Tubuhnya memiliki rongga tubuh semu. Permukaan tubuh ditutupi oleh lapisan kutikula yang keras dan transparan. Cacing yang hidup parasit di saluran pencernaan inang memiliki lapisan kutikula lebih tebal dibanding cacing yang hidup bebas. Di bawah lapisan kutikula cacing, terdapat epidermis yang biasanya terdiri atas sel-sel. Dinding tubuh Nematoda tersusun dari otot longitudinal yang kontraksinya menghasilkan gerakan memukul seperti cemeti. Pseudoselom berisi cairan yang berfungsi sebagai rangka hidrostatik dan menunjang gerakan meliuk-liuk.
Nematoda memiliki sistem pencernaan yang lengkap, mulai dari mulut, faring, esofagus (gelembung faring), usus, dan anus. Mulut terletak di ujung anterior dan di sekitarnya terdapat tiga atau enam bibir, papila, dan seta. Mulut berhubungan dengan buccal capsule atau rongga mulut yang terkadang dilengkapi rahang yang kuat. Nematoda karnivor atau herbivor memiliki stilet yang berbentuk seperti jarum suntik atau gigi di dalam rongga mulutnya, yang berfungsi untuk menusuk dan mengisap sari makanan dari tanaman atau mangsanya. Nematoda memiliki usus panjang sebagai tempat penyerapan sari makanan, rektumnya pendek, dan diakhiri oleh anus yang terletak di bagian posterior.
Nematoda tidak memiliki sistem peredaran darah dan sistem pernapasan. Transportasi dan pertukaran zat terjadi secara difusi. Nematoda memiliki alat ekskresi berupa sistem sel kelenjar dengan saluran atau tanpa saluran. Pada spesies yang hidup di laut, alat ekskresi berupa kelenjar renet (renette gland) yang terletak di dekat faring, berjumlah satu atau dua.
Nematoda memiliki alat indra berupa sensila, papila, seta, amfid, dan phasmid. Seta terdapat di kepala dan seluruh permukaan tubuh. Kemoreseptor terdapat di amfid (kepala) dan phasmid (ujung posterior). Nematoda yang hidup bebas biasanya memiliki bintik mata. Sistem saraf berupa lingkaran saraf yang mengelilingi esofagus, berhubungan dengan enam benang saraf anterior dan empat atau lebih benang saraf posterior.
Berdasarkan pembahasan di atas, sistem organ yang sudah dimiliki oleh Nemathelminthes adalah sistem pencernaan yang lengkap, sistem gerak berupa pseudoselom, sistem ekskresi berupa sistem sel kelenjar dengan saluran atau tanpa saluran, sistem indra berupa sensila, papila, seta, amfid, dan phasmid, dan sistem saraf berupa lingkaran saraf yang mengelilingi esofagus.