恐龙，虚骨龙类传统上也当作小型兽脚类恐龙的集中地，但80年代与90年代的研究，显示出某些虚骨龙类其实是更原始的兽脚类恐龙，尤其是腔骨龙超科。另外，许多长久以来被认为属于肉食龙下目的生物群，例如暴龙科，被认为是大型的虚骨龙类恐龙。大型、草食性或杂食性的镰刀龙超科一度被认为是蜥脚下目或鸟臀目的近亲，也被改列到虚骨龙类。在2007年，菲力·森特（Phil Senter）整理自从1984年以来的59份虚骨龙类研究；发现自从2005年以来，虚骨龙类的演化关系已大致确定。他提出最早的虚骨龙类应类似虚骨龙科的虚骨龙与