Sinápsidos (el linaje de los mamíferos)
El linaje de los mamíferos (los "reptiles mamiferoides" y los mamíferos modernos) constituye un grupo monofilético, denominado Synapsida. Los sinápsidos resultan fácilmente identificable por poseer un tipo especial de cráneo caracterizado por poseer una única abertura lateral por detrás de las órbitras.

Los primeros sinápsidos se denominan pelicosaurios. Su estructura general difiere poco de la de un Amniota basal (primitivo), o incluso de la de las formas basales de Reptilia. Sus principales novedades evolutivas son el aumento relativo del tamaño de la cabeza y del tamaño de los dientes, especialmente el de los caninos.

Uno de los grupos de pelicosaurios más conocidos son los esfenacodontos, facilmente identificables por sus altísimas espinas neurales que soportarían una vela sobre su dorso. La presencia de esta estructura, posiblemente destinada a controlar el calor corporal, parece indicar que los sinápsidos primitivos fueron, como los reptiles (excluyendo las aves), animales de sangre fría.

Los pelicosaurios basales son desplazados por una segunda oleada de sinápsidos: los terápsidos. En los terápsidos comienza a ser evidente cómo se produce la transformación hacia el oído propio de los mamíferos. En los mamíferos la articulación entre el cráneo y la mandíbula se modifica y se desplaza hacia delante, liberando de dicha función a una serie de huesos. Los elementos de la mandíbula (angular y articular) y de la parte posterior del cráneo (cuadrado) dejan de tener la función de articularse con el cráneo, como en los reptiles, y se transforman en los elementos óseos del oído (anillo timpánico, martillo, yunque y estribo).

Entre los numerosos grupos monofiléticos que constituyen Therapsida las formas más próximas a los mamíferos modernos se agrupan bajo la denominación Cynodontia. Los cinodontos aparecen durante el Pérmico superior (hace unos 260 millones de años) y rápidamente se instauran como el grupo de terápsidos predominantes.

Entre otros muchos caracteres, los cinodontos no mamíferos presentan, como los mamíferos modernos, dientes con múltiples cúspides, frente a la dentición unicuspidada de los sinápsidos más primitivos. El cráneo que acostumbramos a ver en una mamífero, con una bóveda lisa, abombada y con una arcada saliente por debajo de las órbitas comienza a perfilarse. Esta serie de cambios en la arquitectura craneana conlleva el desarrollo de los músculos de la masticación, los maseteros y los músculos temporales. Los engranajes de una maquinaria sofisticada para procesar los alimentos son únicos para los mamíferos. Junto con la musculatura, una de las piezas claves del mecanismo es la dentición. En los mamíferos los dientes superiores e inferiores se intercalan con gran precisión, enfrentando sus cúspides filosas para cortar los alimentos.

En algunos cinodontos aparecen ya caracteres que reflejan una alta tasa metabólica más propia de un animal de sangre caliente. Se cree que los cinodontos son los ancestros directos de los mamíferos atendiendo a caracteres relacionados con las primeras vértebras del cuello y la disposición de los huesos de la cadera y de las patas en una forma muy similar a la de los mamíferos modernos. Tradicionalmente se ha considerado que el mamífero más primitivo es el cinodonto Eozostrodon (= Morganucodon), una pequeña forma, probablemente insectívora, del Triásico superior - Jurásico inferior de Europa y Asia.