Эти две большие группы появились в юре (200-130 миллионов лет назад). Птицы. Они явились результатом эволюции некоторых пресмыкающихся, относящихся, вероятнее всего, к динозаврам из группы тероподов (хищных двуногих). В пользу этой гипотезы свидетельствует открытие в 1998 году в Китае двух видов тероподов, покрытых перьями. Даже если эти виды, имеющие возраст 145 миллионов лет, не могли быть прямыми предками птиц, самые древние из которых датируются примерно тем же возрастом (три вида, найденные в Китае, датируются возрастом 140-130 миллионов лет, а археоптерикс имеет возраст 150 миллионов лет). Археоптерикс обладает чертами пресмыкающихся: строение таза, наличие зубов, хвоста, состоящего из многочисленных позвонков, и когтей на концах крыльев. Он не является прямым предком современных птиц; ветвь, которой он дал начало, вымерла.

Млекопитающие. Млекопитающие произошли от группы пресмыкающихся, обычно относимой к терапсидам, достигшим расцвета в пермский период (290-245 миллионов лет назад), а затем исчезнувшим. Немногочисленные в течение большей части мезозоя, млекопитающие заняли экологические ниши, освобожденные динозаврами и другими пресмыкающимися. Первые млекопитающие были небольшими (обычно не крупнее бобра) и травоядными. Первой появилась группа однопроходных (представленная сегодня утконосом и ехидной, которые откладывают яйца подобно их предкам пресмыкающимся), но ее быстро вытеснили другие ветви: сумчатые и плацентарные.

Млекопитающие и птицы обладают постоянной температурой тела (гомеотермией), что дало им определенные преимущества: они меньше зависели от температуры окружающей среды и были менее чувствительны к климатическим изменениям. Однако сегодня известно, что некоторые динозавры также обладали способностью поддерживать более или менее постоянную температуру тела. Возможно, накапливать тепло и таким образом переносить изменения температуры окружающей среды им помогал большой размер тела.