Les pelycosaures
Le début de l'histoire des reptiles mammaliens commence au Carbonifère supérieur, il ya 300 millions d'années, avec le groupe des pelycosaures, le plus archaïque ce cet ensemble. Surtout bien connus en Amérique du Nord et possédant une fenêtre temporale plus petite que leurs orbites, certains d'entre eux vont donner des reptiles mammaliens évolués, les thérapsides, avec une fosse temporale nettement plus élargie.
Parmi ces pelycosaures proches des thérapsides, les dimetrodons, un genre du Permien inférieur, sont bien connus des paléontologues. Ils étaient de grands prédateurs, pouvant dépasser trois mètres de long et peser 250 kg. Ils portaient un « voile » dorsal soutenu par de longues épines osseuses d'origine vertébrale, qui servait probablement à capter le rayonnement solaire, afin d'atteindre une température corporelle propice à la vie active.
Cet animal possède un caractère le rapprochant des thérapsides : la mandibule possède une configuration identique. On peut également observer un début de différenciation dentaire (hétérodontie).
