性与更重的身体意味者羊膜动物在行为与生理结构上更加进化。羊膜动物有三个主要演化支，可由头骨的结构与眼后颞颥孔的数量来辨认。无孔类爬行动物（已全部灭绝）的头颅骨没有颞颥孔，合弓类动物（哺乳类与其近亲）有一个颞颥孔，大部分的双孔类动物（大部分的爬行动物、恐龙、龟鳖目、鸟类）有两个颞颥孔，某些双孔类动物的颞颥孔在演化过程中消失。羊膜动物的化石可用一些特征来鑑定，包含：至少两对荐部肋骨、胸带和胸骨（某些物种在演化过程中失去这特征）、还有脚踝的距骨。
分类.在1866年，恩斯特·海克