Во время позднего пермского и раннего триасового периодов (около 245 миллионов лет назад), приблизительно тогда, когда предки динозавров набирали силу и становились хозяевами суши, во многих средах обитания распространились представители другой группы пресмыкающихся — синапсиды. В их число входили различные виды, от более примитивных рептилий до существ, похожих на млекопитающих, — терапсид (зверообразных ящеров).

Одним из первых нововведений в эволюции синапсид стало развитие довольно неудобного механизма контроля температуры. У некоторых видов появились обширные складки кожи и пластины на спинах, так называемые паруса, поддерживаемые длинными позвонками. Большая площадь поверхности этих парусов, снабженных густыми кровеносными сосудами, позволяла таким животным поглощать солнечную энергию, когда им было холодно, и выделять тепло, когда им было жарко. Постоянная температура тела позволила синапсидам поддерживать более или менее постоянную жизненную активность, независимо от внешней температуры, и это послужило важным шагом на пути развития температурно независимых ферментных и гормональных систем, которые повысили интенсивность обмена веществ. Такие черты свойственны организмам млекопитающих, которые, возможно, и произошли от них. Некоторые синапсиды, которые, вероятнее всего, были предками млекопитающих, развили более эффективные способы передвижения, питания и дыхания.

Останки этих звероящеров образуют почти непрерывную серию переходов от рептилий до современных зверей. Более того, если бы многие из этих животных, которые по своим скелетным останкам относятся к пресмыкающимся, жили в наши дни, то их, скорее всего, отнесли бы к млекопитающим. За произвольную границу раздела этих двух классов принято строение челюсти. Нижняя челюсть в скелетах млекопитающих состоит из двух костей, по одной на каждой стороне. Если это строгое правило применить к окаменелостям, то к млекопитающим нужно отнести животных, существовавших уже в среднем триасе. В середине юрского периода (около 190 миллионов лет назад) существовали различные группы мелких млекопитающих размером с мышь, похожих на современных землероек. В эпоху динозавров от них произошли самые разные виды. Многие из них вымерли, но сохранившихся оказалось достаточно, чтобы стать хозяевами суши после исчезновения динозавров.

См. также статью «Динозавры».