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两栖动物从未完全适应过陆地上的生活。它们对水的依赖，限制了它们可利用栖息地的范围。直到爬行动物实现了自身的进化，才出现了第一个真正意义上的陆生脊椎动物。
有两个因素可以解释爬行动物的成功——它们包括鳄鱼、乌龟、蛇、蜥蜴和已经灭绝的恐龙。第一个因素是，它们有将水分储存在体内的能力。第二个则涉及它们卵的特性，即它们不用将卵产在水中。
在爬行动物的卵中，胚胎有属于自己的有外膜包围的水环境。卵黄给胚胎提供食物，而卵黄外的膜让胚胎能够呼吸，并允许废物排出。蛋白，也叫蛋清，会提供水分和蛋白质。所有的这些物质，都会被另一层保护膜和蛋壳所包围。
第一批爬行动物出现在大约3.4亿年前的石炭纪时期：它们是只有大约20厘米长的小型生物，生活在那个时代植被茂盛的沼泽地里——对两栖动物来说，那是最完美的栖息地。然而，随着气候越来越炎热干燥，两栖动物发现自己无法适应环境。爬行动物的统治由此开始，并在持续了1.65亿年的恐龙时代达到顶峰。从这一点来看，我们这个物种存在的时间，仅有25万年而已。
恐龙的祖先是槽齿类动物（Thecodonts，意为“牙槽窝”），一种与现在的鳄鱼相似的生物。它们有强有力的尾巴，能用来游泳；也有强健的后腿，用来扑向它们的猎物。当这类动物中的一部分登上陆地时，它们使用这些强健的后腿行走，并用强有力的尾巴来保持平衡。
第一批真正的恐龙（dinosaur这个词源于希腊语，意为“可怕的蜥蜴”）出现在约2.3亿年前的三叠纪时期。恐龙是有史以来最成功且拥有最多样化种群的动物之一。它们有食肉动物和食草动物，有栖息在沼泽也有居住在草原的，有独居也有群居的，有不比一只鸡大多少的种类，也有30多米长、四层楼那么高且重量超过100吨的庞然巨物。
其他的爬行动物群体，即蛇颈龙和鱼龙，主宰着海洋，而天空则是翼龙的天下，这种能飞的爬行动物翼展可达10米。然而，其他有羽毛的物种也开始在空中飞行。它们是现代鸟类的祖先，来自一群温血恐龙。最早“失落的环节”之一就是始祖鸟化石。这是一种能追溯到1.54亿年之前的有翼生物，具有爬行动物的特征，比如长有牙齿；它们也有鸟类的特征，如能让它们真正飞起来的羽毛。因此，有些恐龙并没有在6600万年前灭绝，而是以鸟类的形式留存了下来。
温血和冷血
大多数恐龙和现代的爬行动物、鱼类和两栖动物一样，都是变温动物（冷血动物）。冷血动物需要通过外部手段来控制自身的体温，如经过了一段夜间休眠期之后，他们需要在太阳底下取暖，然后才开始日常活动。这意味着它们不能像恒温动物（温血动物）一样适应多样的气候条件，而某些恐龙、鸟类和哺乳动物就属于温血动物。温血动物可以通过活动（如发抖）来取暖，也能通过出汗和喘息来失去热量。