Le troisième œil, lorsqu’il est présent, est toujours beaucoup plus petit que les principaux yeux pairs, et, chez les espèces vivantes, il est toujours recouvert de peau, et n’est généralement pas facilement visible de l’extérieur.
L’œil pariétal est une partie de l’épithalamus, qui peut être divisé en deux parties principales ; l’épiphyse (l’organe pinéal, ou glande pinéale si elle est principalement endocrine) et l’organe parapinéal (souvent appelé œil pariétal, ou troisième œil s’il est photoréceptif). L’œil pariétal est une évagination antérieure de l’organe pinéal ou une excroissance distincte du toit du diencéphale. Chez certaines espèces, il fait saillie à travers le crâne. L’œil pariétal utilise une méthode biochimique de détection de la lumière différente de celle des cellules à bâtonnets ou à cônes d’un œil normal de vertébré.
Plusieurs des vertébrés fossiles les plus anciens, dont les ostracodermes, les placodermes, les crossoptérygiens et même les premiers tétrapodes, possédaient une orbite dans le crâne qui semble avoir contenu un troisième œil fonctionnel. Cette cavité subsiste sous la forme d’un foramen entre les os pariétaux même chez de nombreux amphibiens et reptiles vivants, bien qu’elle ait disparu chez les oiseaux et les mammifères.
Les lamproies ont deux yeux pariétaux, l’un qui s’est développé à partir de l’organe parapinéal et l’autre à partir de l’organe pinéal. Ceux-ci se trouvent l’un derrière l’autre au centre de la surface supérieure de la boîte crânienne. Les lamproies étant parmi les plus primitifs de tous les vertébrés vivants, il est possible que ce soit la condition originelle chez les vertébrés et qu’elle ait permis aux espèces vivant au fond de l’eau de sentir les menaces venant d’en haut.
Saniwa, un lézard varanidé éteint, avait probablement deux yeux pariétaux, l’un qui s’est développé à partir de l’organe pinéal et l’autre à partir de l’organe parapinéal. Saniwa est le seul vertébré à mâchoires connu à posséder à la fois un œil pinéal et un œil parapinéal. Chez la plupart des vertébrés, l’organe pinéal forme l’œil pariétal, mais chez les lépidosaures, il est formé à partir de l’organe parapinéal. Cela implique que Saniwa a réévolué l’œil pinéal.