単弓類
単弓類は、初期のグループである盤竜類とより進化した獣弓類の二つのグループに分けられている。盤竜類に関しては、現在は獣弓類以前の初期ループの6つの科をまとめた側系統の人為分類群という意味しか持たない。盤竜類は、エオシリス科とカセア科をまとめたカセア亜目、スフェナコドン科などをまとめた真盤竜亜目に分けられる。そのうち後者は、獣弓類およびその中の一グループとして哺乳類を含むクレード(単系統群)を形成する。
盤竜目 Pelycosauria 真盤竜亜目 Eupelycosauria : アーケオシリス,オフィアコドン,ディメトロドン,エダフォサウルス カセアサウルス亜目 Caseasauria : カセア,コティロリンクス
盤竜類に代わって繁栄したのが獣弓類と呼ばれるグループで、パンゲア大陸の隅々にまで分布を拡げ、陸上の生態系の頂点に君臨していた。獣弓類はディメトロドンの属するスフェナコドン科に近いグループから進化したと言われている。初期こそ盤竜類と大差ない姿であったが、やがて体毛、恒温性という哺乳類的な特徴を獲得していく。初期のものを除く主要なグループとして、ディノケファルス亜目、異歯亜目、獣歯類が挙げられる。
ディノケファルス亜目(恐頭亜目)は、初期のグループに肉食種を含むが、後から派生したモスコプスなど大型の植物食種が特に繁栄した。彼らの特徴は、その名の通り角や牙、肥厚したドーム状の頭頂部など奇怪な装飾をほどこした頭部であった。かれらはペルム紀中期に特に繁栄するものの、中期末期に起きた何らかの環境変化で急速に衰退しペルム紀の終わりを待たずに絶滅している。
異歯亜目は、「異常な歯」の名の通り、上顎に発達した一対の犬歯しか持たないディキノドン類(二本の犬歯の意)を含むグループである。かれらは初期に昆虫食のものはいたものの、ほぼ全て植物食のグループである。初期はディノケファルス類の陰に隠れて小型のものが多かったが、その衰退と絶滅に乗じて大型化し、その地位を継いだ。
獣歯類は大きくゴルゴノプス亜目、テロケファルス亜目、キノドン類のグループに分かれるが、ゴルゴノプス亜目、テロケファルス亜目は大型の捕食者を輩出した。かれらもまた肉食ディノケファルス類の衰退、絶滅とともに大型化し、後のサーベルタイガーを思わせる長大な犬歯を持って陸上生態系の頂点に立ったのであった。