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恐龙与现代鸟类、鳄鱼都属于初龙类。初龙类的头颅骨拥有两个窝孔，称为颞颥孔，以提供颚部肌肉附著处。大部分爬行动物(真爬行动物)，以及鸟类，都属于双弓动物；哺乳类与似哺乳爬行动物拥有一个颞颥孔，合称单弓动物；乌龟与早期的副爬行动物，没有颞颥孔，则属于无弓动物。
恐龙与其他初龙类拥有许多生理构造上的特征，例如：牙齿位于齿槽中，而非直接从颚部骨头延伸。在初龙类中，恐龙的最显著特征是它们的步态。恐龙的后肢直立于身体下方，而蜥蜴与鳄鱼的四肢则是往两侧摊开。所有的恐龙皆为陆地动物。
有许多型态的爬行动物与恐龙生存在同一时期，包含：蛇颈龙目与翼龙目。它们普遍被认为是恐龙，但并不正确。蛇颈龙目是恐龙的远亲；而翼龙目则是在三叠纪时期与恐龙分开演化。
恐龙常被认为是总目，或是未定位的演化支。恐龙总目以下分为两大目：蜥臀目和鸟臀目，以其骨盆结构来区分。蜥臀目意为“蜥蜴的臀部”，骨盆型态比较接近早期的恐龙，包括：二足、肉食性的兽脚亚目；长颈部、草食性的蜥脚形亚目。鸟臀目意为“鸟类的臀部”，大部分为四足草食性动物。某些蜥臀目大约在侏儸纪时期演变成为鸟类的祖先(虽然鸟臀目也拥有类似鸟类的骨盆结构，但是这是趋同演化的结果)。
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