Los ictiosaurios han sido los reptiles mejor adaptados al medio acuático, de ahí su nombre Ichthyosaurus que significa "reptil pez". Los ejemplares más grandes hallados llegaban a medir más de 7 metros y los más pequeños eran menores que una persona. Los ictiosaurios se alimentaban principalmente de cefalópodos y peces; esto se sabe gracias a que se han hallado fósiles con los restos de su última comida en la caja torácica. Sus crías nacían vivas en el agua.

El ictiosaurio más antiguo conocido es Utatsaurus, procedente rocas triásicas de Japón. De antigüedad similar son los restos de Chaohusaurus, también de Asia. La apariencia de ambos ejemplares es la de reptiles con aletas.

Los ictiosaurios más avanzados muestran aletas con huesos más cortos y anchos que los de las manos del resto de reptiles, y forman un conjunto sólido, sin piel entre los dedos similar a las aletas de los actuales cetáceos, leones marinos o tortugas.

Aparte de su dieta de cefalópodos, hay otras características que indican que los ictiosaurios buceaban hasta zonas muy profundas: adoptaron un cuerpo más grueso, lo que a su vez provocó un aumento en el número de vértebras, que, para soportar el peso del cuerpo, también eran más gruesas. El cuerpo se volvió mas rígido. Mientras que los ictiosaurios asiáticos primitivos nadaban ondulando todo su cuerpo, los posteriores sólo movían la cola. El mayor volumen corporal también conlleva un mayor almacenamiento de oxígeno. Los ictiosaurios primitivos no se alejaban mucho de la costa, en cambio, los más avanzados podían contener la respiración durante más de 20 minutos y así, llegaban a hacer inmersiones de hasta 600 m, puede que incluso el doble. Otro indicio de que frecuentaban aguas profundas es el gran tamaño de sus ojos, los más grandes proporcionalmente de todos los animales que hayan existido.

Su extinción pudo quizá ser debida a la aparición de los modernos tiburones, aunque es un hecho que no se puede confirmar.

Stenopterygius.

Cymbospondylus

Ictiosaurio del Triásico, tenía aún las extremidades largas, el cráneo corto y la cola pequeña, herencia de sus antepasados terrestres.

Temnodontosaurus

"Reptil de dientes cortantes". Ictiosaurio del Jurásico inferior. Fue una de las especies más grandes, llegando a los 9 metros de longitud. En general era características similares a Mixosaurus, pero presentaba algunas variaciones: tenía un mayor número de dientes, ojos más grandes de hasta 26 cm, una aleta dorsal que le daba mayor estabilidad y la cola se asemejaba más a la de un pez, presentando ya la configuración típica de los ictiosaurios posteriores, con las últimas vértebras de la cola curvadas hacia abajo y formando una paleta para mejorar la propulsión.

Ophthalmosaurus

"Reptil ojo". Vivió durante el Jurásico superior. Su cola era más ancha y sus ojos eran extraordinariamente grandes, llegando a medir 23 cm, siendo, en proporción a su cuerpo, los más grandes conocidos en un animal. Las extremidades posteriores se habían reducido enormemente y carecía de dientes.