从演化上讲，似哺乳爬行动物是从爬行动物向哺乳动物演化的过渡类型。我们发现过似哺乳爬行动物的化石化的骨头，它们具有很大的向下指的獠牙，这一类动物叫做水龙兽（如图1），它们被发现于南极洲的横贯山脉之中。这个种类的化石在这个地方被发现，充分说明了南极大陆一度同南非和印度板块连接在一起。
似哺乳类爬行动物是一群史前动物，是哺乳类爬行动物的祖先。似哺乳爬行动物最常用来称呼兽孔目动物，但它也可以广义地包括非哺乳单弓动物。似哺乳爬行动物是二叠纪中期到晚期的陆地优势动物。就跟同时代几乎所有的生物一样，它们的数量与多样性因二叠纪-三叠纪灭绝事件而严重地减少。有些品种存活到三叠纪，但恐龙快速地成为优势动物。最后的似哺乳爬行动物可能存活在晚三叠纪后不久。
作为哺乳动物的祖先，水龙兽是陆生脊椎动物中比较普遍的类型，并且在冈瓦那大陆上分布广泛。另外一种似哺乳的爬行动物叫做二齿兽，它同样具有两个犬齿状的獠牙，主要依靠在河边捕食小型动物为生。
最早脱离爬行动物类群的动物是盘龙，它们在3亿年之前便开始演化形成，能够将它们从爬行动物之中区别出来的关键特征，是它们较大的身体和各式各样的饮食习惯。早期的盘龙可以捕食相当大的猎物，这里也包括较大的爬行类。
有一类叫做长棘龙（如图2）的盘龙生存在大约2.8亿年之前，它可以长到11英尺（约3.4米）长。在它的背部，有一个宽大的帆状物，该帆状物由膜组成，膜中充满了血，这些血是被包含在较小的，骨化的、突出的棘里面。这个帆状物也许提供了一种体温控制系统，在较冷的天气里，通过它吸收太阳光来升高体温；而在较热的天气里，则通过它散发出大量的热来降低体温，这个帆状结构也许是哺乳动物的温度调控系统的一个雏形。随着气候的转暖，盘龙从演化上最终失去了这个帆状物，或者是因为它们获得了某种内部的温度调控系统而不再需要这个帆状物。它们在地球史上繁荣了大约5,000万年，最终被它们的后裔——叫作兽孔目的似哺乳爬行动物所取代。
还有一种叫做基龙，基龙与异齿龙同属盘龙类，但它吃植物。它的头骨比例较小，短且扁，其牙齿不像异齿龙的分化明显，而是像大多数爬行动物一样，牙齿的形状都相似。它的牙齿不仅长在颌骨上，在口腔上部还长着一丛丛牙齿。同异齿龙一样，它身上也有一个背帆，其脊帆比异齿龙的更加厚重一些。基龙的特征是脊椎棘伸长，较厚重，并且沿着棘的纵行面上有许许多多的短侧棘或横梁。（并非所有的基龙类都有脊椎棘。克色氏龙和杯鼻龙(cotylorhynchus)都是结构体大,头小,身子象桶的基龙类）。
异齿龙是一个凶残的肉食动物，身长可达3米，它的牙齿产生了强烈的分化，前颌骨、上颌骨和下颌骨前端的牙齿大而长，就像匕首一样，沿着牙床生长的牙齿则比前端的牙齿略短。高而窄的头骨很适合附着强劲的颌骨肌肉，能使嘴张得很大，可以有力地咬住猎物。异齿龙的一个显著的特点是背上生有一个纵向的背帆，在背部中央达到最高，古生物专家认为，这个背脊是用来调节体温的。而且异齿龙出现了母性，但是不彻底因为一旦小异齿龙出生它的母性就消失了，但是也是生命进化的一个大突破。
兽孔类爬行动物也像其他的爬行动物一样，依靠产卵来繁殖后代。它们在产卵之后，有可能会连续保护并且将卵孵化出来，然后将其幼体抚养长大。这种行为使得卵可以被长期保留，并且提高了后代出生时的安全性。兽孔类统治着动物界长达4,000万年之久，直到三叠纪中期。然后，不知道出于何种原因，兽孔类地位被恐龙所取代。
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