Anciennement appelés « reptiles » marins, ces animaux sont des Diapsides marins. Certains, tel qu'Ichthyosaurus, étaient présents dès le début du Trias et donc bien avant les dinosaures. La plupart de ces animaux connaitront leur apogée au cours du Jurassique pour s'éteindre à la fin du Crétacé. Vivant dans la mer, leur chance d’être fossilisés était plus élevée. Des spécimens très bien conservés ont d’ailleurs été retrouvés, parfois avec les restes de leur dernier repas ou encore de leurs parties moles (nageoires).
Beaucoup étaient de véritables géants très bien adaptés à la vie marine. Durant l’Ère Mésozoïque, trois grands groupes se partagent les mers : les Ichthyosauria, les Plesiosauria et les Mosasaures (plus tardifs).