Siempre se ha considerado a los dinosaurios como reptiles, y se suponía que sus parientes más próximos eran los cocodrílidos. Después de todo, un cocodrilo lleno de escamas, con sus enormes mandíbulas y largos dientes, tiene un aspecto lo bastante primitivo como para parecer un dinosaurio viviente. Un análisis más cuidadoso de su anatomía indica que los cocodrílidos son arcosaurios ("reptiles predominantes"), como los dinosaurios y los pterosaurios: tienen las "ventanas craneales" conocidas con el nombre de ventana anteorbital (al menos aparece en las formas fósiles) y la ventana mandibular, y el cuarto trocánter del fémur.

Para hablar con propiedad, sin embargo, hay que decir que los parientes vivos más próximos de los dinosaurios son las aves. Tal afirmación ha estado implícita durante muchos años, pero no se ha expresado con tanta claridad sino hasta hace muy poco. Huxley, en su informe de 1.870, tenía bastante claro que Archaeopteryx no era más que un dinosaurio con plumas y que las aves como grupo evolucionaron a partir de los pequeños terópodos. Sin embargo, la claridad de este punto de vista quedó oscurecida buena parte del presente siglo por un exceso de hipótesis relacionadas con las evidencias fósiles, y también por la búsqueda de los "antepasados" esquivos de las aves, en épocas muy remotas. Se tenía la impresión de que Archaeopteryx, en el Jurásico superior, hace alrededor de 150 millones de años, era demasiado parecido a las aves como para haber evolucionado de los terópodos contemporáneos; entonces, había que buscar antepasados de las aves unos setenta años antes, en el Triásico superior. De allí surgió la idea de que las aves evolucionaron directamente de los tecodontos, y la prolongada historia intermedia estaba totalmente desprovista de fósiles. Desde luego, se han hecho informes sobre varias supuestas "aves" del Triásico superior y el Jurásico inferior, pero hasta ahora ninguna de ellas ha resultado ser un ave auténtica.

Durante la década del setenta, algunos paleontólogos, entre ellos, el profesor John Ostrom, de la Universidad de Yale, pusieron en duda el modelo tecodonto/ave. Ostrom repitió muchos argumentos esgrimidos por Huxley un siglo antes, y demostró que, en todos los aspectos, los esqueletos de Archaeopteryx y las aves posteriores se corresponden con los esqueletos de los terópodos, como Deinonychus. Las similitudes que observó son tan sorprendentes que parece increíble que sus ideas encontraran alguna oposición; y sin embargo, algunos paleontólogos siguen estando en contra. La resistencia resulta extraña sobre todo si se tiene en cuenta que no hay pruebas que propicien una hipótesis alternativa.

Los argumentos de Ostrom fueron recogidos por varios analistas que los consideraron irrefutables. Las aves encajan a la perfección al final de una secuencia de terópodos cada vez más similares a ellas, que comienza con Coelophysis, y va avanzando a través de los tiranosaurios, los ornitomímidos, los celúridos y otros, hasta llegar a los dromeosáuridos, los troodóntidos y, por último, las aves propiamente dichas. Varias características típicas de las aves ya estaban presentes en distintos terópodos. Algunos paleontólogos incluso afirman que las plumas, la sinapomorfia fundamental de las aves, estaban presentes en todos o al menos en algunos de los dinosaurios terópodos. Por el momento, no existen pruebas directas de esta fascinante afirmación.