Mối quan hệ giữa nguồn gốc và tiến hóa giữa 3 nhóm chính của động vật lưỡng cư là vấn đề vẫn còn tranh cãi. Một nghiên cứu phát sinh loài phân tử năm 2005 dựa trên việc phân tích rDNA đề nghị rằng kỳ giông và ếch giun có quan hệ gần hơn so với các loài trong bộ không đuôi. Nó cũng cho thấy rằng sự phân nhánh của 3 nhóm này đã diễn ra trong Đại Cổ sinh (Paleozoi) hoặc đầu Đại Trung sinh (Mesozoi) (cách nay khoảng 250 triệu năm), trước khi siêu lục địa Pangaea tan rã và ngay sau khi sự phân nhánh của chính từ các vây thùy. Sự diễn ra ngắn trong giai đoạn này, và sự phân nhánh nhanh chóng có thể làm cho sự khan hiếm tương đối của các hóa thạch lưỡng cư nguyên thủy. Có một khoảng trống lớn về hóa thạch nhưng sự phát hiện ra ếch nguyên thủy vào Permi sớm ở Texas năm 2008 đã cung cấp một liên kết bị mất đi với những đặc điểm của ếch hiện đại. Phân tích phân tử đề nghị rằng sự phân nhánh ếch-kỳ giông đã diễn ra sớm hơn so với các bằng chứng cổ sinh vật.