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Estos se caracterizan por sus garras manuales recurvadas, el alargamiento de las falanges penúltimas de las manos, una fíbula muy próxima a la Tibia, son todos carnívoros de diversos tamaños.
Esqueletos de Barionix y Giganotosaurus; Extremidad delantera típica de los Terópodos
Los dinosaurios más antiguos conocidos son terópodos del triásico medio, Eoraptor y Herrerasaurus. Estos presentan una mano raptora de dígitos alargados. En ambos la mandíbula presenta una articulación a mitad de su longitud que permite abrir más la boca. Herrerasaurus presenta una cola muy tiesa por proyecciones de los arcos neurales caudales.
Esqueletos de Eoraptor lunensis
Reconstrucción de Eoraptor lunensis
Los demás terópodos pertenece a un grupo llamado Neotheropoda, caracterizados por que el dígito 2 es el más largo dentro de la mano, a diferencia de Eoraptor y Herrerasaurus en los cuales el más largo es el dígito 3. Los Neotheropodos se dividen en dos grupos principales: Coelophysoidea, y otro grupo sin nombrar compuesto de Neoceratosauria + Tetanurae.
Los Coelophysoidea son más antiguos y representan mejor el probable aspecto del ancestro de los neotheropoda. Se caracterizan por un espacio o “muesca” entre los dientes del Premaxilar y el maxilar. Destacan la agilidad, el cuello retráctil en forma de “s” y la cabeza liviana, especializado en la captura de presas más pequeñas, como ocurre en muchas aves actuales.
Esqueletos de Coelophysis longicollis
Reconstrucción de Coelophysis longicollis
Cráneo de Dilophosaurus que muestra la muesca entre el Premaxilar y el Maxilar
Los Neoceratosauria se caracterizan por presentar cuernos sobre los ojos y fosas temporales alargadas. Los Neoceratosauria incluyen a los Ceratosaurus y la familia Abelisauridae. Ceratosaurus representa un Neoceratosauria antiguo de gran tamaño (6m).
 
Cráneo de Ceratosaurus Cráneo de Carnotaurus (Abelisauridae)
Paleoreconstrucción de Carnotaurus sastrei
Los Tetanurae se caracterizan por tener un hueso laminar en forma de triangulo que se ubica en la cara anterior de la tibia; también por que la corrida de dientes no se extiende posteriormente más allá de la órbita. El maxilar presenta una apertura (Fenestra). El carpo presenta una forma semilunar.
 
Esquema que muestra la posición de la tibia y un extremo de la tibia donde se presenta el hueso laminar.
Los Neotetanura (o Avetheropoda) se caracterizan por la fusión de las clavículas en una fúrcula y la presencia de una fosa preacetabular en el ilion. Los Neotetanura se dividen en Allosauroidea y Coelurosauria. Los Allosauroidea se definen por características craneales e incluyen los depredadores más grandes de la historia del planeta (Ej. La familia Carcharodontosauridae).
Esqueleto de Allosaurio (Familia Allosauridae)
Los Coelurosauria se caracterizan por el alargamiento de la tibia y los metatarsos, la reducción del isquion, órbita circular y expandida, 15 o menos vértebras caudales. No existe acuerdo sobre cuales son los Coelurosauria más basales. Se considera al taxón Ornitholestes y la familia Compsognathidae.
Esqueleto de Compsognathus
La filogenia de los Coelurosauria es controversial. Se discute las afinidades filogenéticas de cuatro familias: Los Therizinosauridae, los Ornithomimidae, los Alvarezsauridae y los Tyrannosauridae. Sin embargo, existe consenso sobre la existencia de un grupo mayor llamado Maniraptora.
Therizinosauridae
 
Esqueleto y reconstrucción de Therizinosaurus
Ornithomimidae
Esqueleto de Ornithomimus
Tyrannosauridae
Esqueleto de Tyrannosaurus rex
Reconstrucción de Tyrannosaurus rex
Alvarezsauridae
Esqueleto de Alvarezsaurus
Maniraptora
Los Maniraptora se caracterizan por un brazo alargado a un 75% o más del largo de la espalda. La mano es más larga que el pie. La Ulna se comba hacia posterior. Probablemente se caracterizaban por la presencia de plumas remeras y rectrices. Los Maniraptora se dividen en Oviraptorosauria y Paraves.
Los Oviraptorosauria se caracterizan por haber perdido los dientes, por presentar una cresta sobre el cráneo, y poseer una cola reducida con un “protopigostilo”.
Reconstrucción de Oviraptor
Los Paraves se caracterizan por la presencia en el segundo dígito del pie de una garra “eviscerante” en forma de hoz. Los Paraves se dividen en Deinonychosauria y Aves.
Esqueleto de Velociraptor antirropus
Reconstrucción de Velociraptor
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