De mariene reptielen hebben in hun anatomie meestal de sporen van hun vroegere aardse leven bewaard, met name bij de vorming van hun zwempeddels, die “sporen van benen” zijn.

Sommige hebben een ichthyan-profiel (gerelateerd aan vis), zoals ichthyosauriërs, maar geen enkele is gerelateerd aan vis. Ze hebben geen kieuwen en worden gedwongen naar de oppervlakte te stijgen om te ademen, zoals walvisachtigen die, hoewel ze zoogdieren zijn, een zeer vergelijkbare evolutionaire geschiedenis hebben gekend.

Verschenen aan het einde van het Trias, genoten deze groepen een spectaculair succes en diversificatie tijdens de Jura- en Krijtperiode, hun gouden eeuw die zich uitstrekte van – 208 tot – 50 miljoen jaar. Dan, aan het einde van het Krijt, verdwijnen ze volledig uit het fossielenbestand. De meest grillige vormen bestonden in deze periode van elasmosaurussen, met gigantische halzen tot pliosauriërs, enorme roofdieren waarvan de schedel alleen al 3 meter kon bereiken.