Os peixes agnatos representam linhagens basais dos vertebrados, e o surgimento das mandíbulas nos gnatostomados, provavelmente derivadas de arcos branquiais modificados, constituiu uma inovação adaptativa fundamental para a exploração de novos nichos tróficos durante o Siluriano.

Os anfíbios foram os primeiros tetrápodes a colonizar ambientes terrestres no Devoniano, mas mantiveram dependência reprodutiva da água, uma vez que não desenvolveram o ovo amniótico, característica que só surgiria posteriormente em outros vertebrados.

Os répteis surgiram a partir de amniotas basais e compartilham uma origem comum com os sinapsídeos; entretanto, evidências fósseis indicam que os primeiros répteis teriam se diferenciado a partir de formas sinapsídeas primitivas, anteriores à divergência entre répteis e mamíferos.

As aves são atualmente reconhecidas como um grupo derivado de dinossauros terópodes, apresentando características como penas e ossos pneumáticos, sendo que as penas surgiram originalmente com funções não relacionadas ao voo.

Os mamíferos pertencem à linhagem sinapsida e passaram por uma ampla diversificação após a extinção dos dinossauros não avianos, consolidando características como endotermia, glândulas mamárias e dentição heterodonte.