Il sottordine Theropoda comprende tutti i dinosauri carnivori di piccola, media e grande taglia. I cinque gruppi principali sono: celurosauri (piccola e media taglia, corpo leggero), ornitomimosauri (dal corpo slanciato, simile a uno struzzo), deinonicosauri (dal corpo leggero, forti artigli), segnosauri (con anca insolita) e carnosauri (tutte le forme pesanti di media e grande taglia). I celurosauri sono un ampio gruppo di piccoli carnivori comprendente alcuni dei primi dinosauri del tardo Triassico, e in seguito del Giurassico e del Cretaceo. È difficile studiare l'evoluzione dei celurosauri ma si pensa che abbiano dato origine agli altri carnivori, i carnosauri dell'inizio del Giurassico, gli ornitoomimosauri del tardo Giurassico e i deinonicosauri e i segno sauri (forse) dell'inizio del Cretaceo. I teropodi comprendono un altro gruppo che divenne più importante di tutti quelli appena citati, gli uccelli. I più antichi uccelli, come l'Archaeopteryx ("antica ala") risalgono alla fine del Giurassico in Germania. Le loro penne sono magnificamente conservate in rocce calcaree e i loro scheletri sono molto simili a quelli di piccoli dinosauri. Oggi si pensa che gli uccelli condividano coi deinonicosauri il loro più stretto antenato comune.

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