Romers interesse lå hovedsakelig på virveldyrenes evolusjon. Ved å kombinere paleontologiske funn, komparativ anatomi og embryologi la han grunnlaget for mye av vår kunnskap om evolusjonen fra fisk til panserpadder og videre til de første krypdyrene. Særlig viktig var hans inndeling av krypdyr i fire underklasser basert på åpninger i kraniet bak øyet (se anapsider, synapsider, diapsider og euryapsider).