Tetrapoda
À partir de cette époque, les sauropsides vont se diversifier, donnant naissance à de nombreux groupes : archosauriens (parmi lesquels les actuels crocodiliens et oiseaux, mais aussi les anciens dinosaures ou ptérosauriens), tortues, lézards et les serpents.
Reptile
Les dinosaures sont des archosaures. À la suite de l'extinction de diverses espèces d'archosaures vers la fin du Trias, ils investissent rapidement les niches écologiques laissées vacantes et prennent de l'importance. Ils se divisent rapidement en deux grands ordres, les Ornithischia et les Saurischia. On retrouve chez eux la bipédie de leurs ancêtres, même si certains retourneront par la suite à une posture quadrupède. Au cours du Mésozoïque, le groupe des dinosaures va connaître une importante radiation et former divers ordres et sous-ordres très différents les uns des autres, tant pas leur aspect que par leurs mœurs. Certains sont ainsi devenus les plus grands animaux terrestres ayant existé. Le Mésozoïque est donc parfois appelé l'« ère des dinosaures », animaux dont certains ont développé l'endothermie, comme le prouve la vascularisation de leurs os et divers autres indices, de la même manière qu'elle est apparue chez les reptiles mammaliens, mais la question de savoir si tous les dinosaures étaient endothermes reste fortement débattue dans le milieu scientifique. Les dinosaures ont également pris de nombreuses formes plus petites, comme celle des petits théropodes à plumes qui, au milieu du Jurassique, vont donner naissance aux premiers oiseaux, et c'est surtout parmi ces formes que l'endothermie est probable.