Primele exemplare erau mici (aproximativ 60 cm), animale semi-acvatice asemănătoare cu șopârle, cu membre lungi (pachypleurosauri), dar au crescut rapid la mai mulți metri lungime și s-au răspândit în apele puțin adânci (nothosauri). Extincția Triasic-Jurasic le-a șters pe toate cu excepția plesiosaurilor. În timpul Jurasicului timpuriu, acestea s-au diversificat rapid atât în plesiosauri cu gât lung cu cap mic, cât și în pliosauri cu gât scurt cu cap mare.
plesiosauri cu gât lung cu cap mic proprii și pliosauri cu gât scurt cu cap mare