I tetrapodi sono un gruppo monofiletico (discendente da un antenato comune) di animali terrestri che si sono evoluti circa 365 milioni di anni fa da pesci con pinne lobate chiamati sarcopterigi. Si pensa che i tetrapodi si siano evoluti in modo incrementale da pesci adattati a nuotare attraverso paludi soffocate dalle alghe. Questi pesci hanno sviluppato pinne inferiori muscolose, quando erano soliti navigare in queste paludi, che alla fine si sono sviluppate in gambe a tutti gli effetti. Alcune di queste prime forme avevano numerose cifre, a differenza delle cinque o meno cifre comuni a tanti tetrapodi oggi.
I primi tetrapodi, chiamati tetrapodi basali o staminali, come la specie Acanthostega, sono più primitivi dell’antenato comune di tutti i tetrapodi viventi oggi, e quindi non rientrano in nessuno dei principali gruppi di tetrapodi. Ci sono solo poche decine di specie in questa classificazione e sono tutte estinte da tempo.
A parte i tetrapodi basali, ci sono tre gruppi principali di tetrapodi: anfibi, sinapsidi (che significa “arco fuso”, i mammiferi sono gli unici sinapsidi vivi oggi) e sauropsidi (che significa “faccia di lucertola”). Questi gruppi sono tutti monofiletici tranne la possibile eccezione degli anfibi; alcuni ricercatori sospettano che le salamandre possano essersi evolute da un antico anfibio più primitivo dell’antenato comune di tutti gli altri anfibi viventi. Un altro nome per i sinapsidi è theropsid, che significa “faccia di bestia”, e un altro nome per i sauropsidi è “rettile”.
Sia i sinapsidi che i sauropsidi sono amnioti, il che significa che le forme fetali sono nutrite da una serie complessa di nutrienti e membrane fino a quando non maturano abbastanza da respirare aria e camminare per il mondo in modo indipendente. Per i sinapsidi, ciò comporta un utero (mammiferi placentari) o una sacca (marsupiali). I sauropsidi depongono le uova. Si pensa che i sinapsidi e i sauropsidi si siano evoluti dagli anfibi all’incirca nello stesso periodo, circa 320 milioni di anni fa, durante il periodo Carbonifero. Hylonomus è il primo rettile confermato al momento della stesura di questo documento, mentre Archaeothyris è il primo sinapside. Entrambi assomigliavano a piccole lucertole ed erano sminuiti dai grandi anfibi che all’epoca dominavano gli ecosistemi terrestri. Fu solo dopo un’era glaciale verso la fine del Carbonifero che alcuni dei grandi anfibi iniziarono a estinguersi e sinapsidi e sauropsidi aumentarono di dimensioni per riempire nicchie vuote.