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Los dinosaurios divergieron de sus ancestros arcosaurios entre mediados a finales del período Triásico, aproximadamente 20 millones de años después de que la extinción masiva del Pérmico-Triásico acabara con un estimado del 95% de toda la vida en la Tierra.​ La datación radiométrica de la formación rocosa que contenía los fósiles del género primitivo de dinosaurio Eoraptor ha arrojado una fecha de 231.4 millones de años, estableciendo su presencia en el registro fósil del Triásico.​ El descubrimiento de pequeños ornitódiros parecidos a dinosaurios como Marasuchus y Lagerpeton en los estratos del Triásico Medio de Argentina apoya esta idea; los análisis de los fósiles de estos animales sugieren que estos animales eran ciertamente pequeños depredadores bípedos.Los dinosaurios pueden haber aparecido tan tempranamente como hace 243 millones de años, lo que es indicado por los restos de Nyasasaurus de ese período, aunque los fósiles conocidos de este animal son demasiado fragmentarios como para determinar si en verdad era un dinosaurio o un pariente muy cercano de estos.​ Cuando los dinosaurios aparecieron, ellos no eran los animales terrestres dominantes.Desde el punto de vista de la taxonomía filogenética, los dinosaurios se definen generalmente como el grupo constituido por el Triceratops y las aves modernas, su ancestro común (ACMR) y todos los descendientes​ Ambas definiciones incluyen el mismo grupo de animales: "Dinosauria = Ornithischia Saurischia", que abarca los terópodos (en su mayoría carnívoros bípedos y aves), ankylosaurianos (cuadrúpedos herbívoros acorazados), estegosaurianos (cuadrúpedos herbívoros con placas en la espalda), ceratopsianos (herbívoros cuadrúpedos con cuernos y volantes), ornitópodos (herbívoros bípedos o cuadrúpedos, incluyendo a los "picos de pato"), y sauropodomorfos (en su mayoría grandes cuadrúpedos herbívoros de cuello y cola largos).​ En el siglo XXI, las aves se reconocen como las únicas sobrevivientes del linaje de los dinosaurios terópodos.En la taxonomía tradicional, las aves eran consideradas una clase separada que había evolucionado a partir de los dinosaurios, un superorden distinto.Los primeros dinosaurios fueron bípedos, pero muchos grupos incluyeron especies cuadrúpedas, y algunos podían alternar los dos tipos de locomoción.Los cuernos o crestas son comunes a todos los grupos de dinosaurios, y algunos grupos desarrollaron modificaciones esqueléticas como armaduras óseas y espinas.

Las modificaciones craneales como cuernos y crestas son rasgos comunes de dinosaurios, y algunas especies extinguidas tenían armadura ósea.

Las aves se clasifican como pertenecientes al subgrupo Maniraptora, que son coelurosaurios, que a su vez son terópodos, que a su vez son saurisquios, y que a su vez son dinosaurios.​ Muchos grupos de animales prehistóricos son popularmente concebidos como dinosaurios, como los ictiosaurios, plesiosaurios, mosasaurios, pterosaurios y pelicosaurios (Dimetrodon), pero no se clasifican científicamente como dinosaurios, y ninguno tenía la postura característica de miembro erecto de los verdaderos dinosaurios.​ Los dinosaurios eran los vertebrados terrestres dominantes del Mesozoico, especialmente en los períodos Jurásico y Cretácico.

Otros grupos de animales estaban restringidos en tamaño y nichos; los mamíferos, por ejemplo, rara vez superaban el tamaño de un gato, y se trataba generalmente de roedores carnívoros del tamaño de una pequeña presa.​ Los dinosaurios siempre han sido un grupo muy variado de animales; según un estudio realizado en 2006, hasta la fecha (2014) se han identificado con certeza más de 500 géneros de dinosaurios no aviares, y se ha estimado en alrededor de 1850 el número total de géneros que se conservan en el registro fósil, casi el 75% de los cuales aún no ha sido descubierto.​ Algunos eran herbívoros, otros carnívoros, incluyendo granívoros, ictiófagos, insectívoros y omnívoros.

Algunos de estas también están presentes en los silesáuridos, que Nesbitt recuperó como un grupo hermano de Dinosauria, incluyendo un gran trocánter anterior, metatarsianos II y IV de longitud subequal, reducción de contacto entre el isquion y el pubis, la presencia de una cresta cnemial en la tibia y de un proceso ascendente en el astrágalo, y muchos otros.

Una variedad de otras características del esqueleto son compartidos por los dinosaurios.

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