Các ví dụ ban đầu là nhỏ (khoảng 60 cm), động vật giống như thằn lằn bán thủy sinh với chi dài (pachypleurosaurs), nhưng chúng nhanh chóng phát triển dài vài mét và lây lan vào vùng nước nông (nothosaurs). Sự kiện tuyệt chủng Trias-Jurassic đã xóa sổ tất cả chúng ngoại trừ plesiosaurs. Trong giai đoạn đầu của Jurassic, chúng nhanh chóng đa dạng hóa thành cả plesiosaurs có cổ nhỏ dài và plesiosaurs có cổ ngắn. Ban đầu, người ta cho rằng plesiosaurs và plesiosaurs là một số loài siêu gia đình giống như thằn lằn với hai loại khác nhau. Trong thời kỳ tiến hóa đầu tiên, dường như cả hai đã tiến hóa từ hai nhóm riêng biệt
plesiosaurs có cổ dài có đầu nhỏ, và pliosaurs có cổ ngắn có đầu lớn