人们要认识恐龙，必须对恐龙化石进行分门别类的研究，以便追本溯源。“恐龙”一词在19世纪时曾经作为一个分类的名称使用过，泛指那些巨型的出自中生代的爬行动物。后来，随着恐龙化石发现的增多，人们对恐龙化石的认识也就逐步深化。人们发现“恐龙”这一名称实际上包含着两大类差别很大的动物，它们之间的差别并不亚于牛和马的差别。分类上牛和马的重要区别之一是它们的蹄子：牛是偶蹄类（它们一般每只脚上有两个或四个趾），马是奇蹄类（脚趾数目是奇数），它们统称为“有蹄类”。“恐龙”曾是一种通俗的叫法，并不是分类上的专门名称。现在多数古生物学家将恐龙作为一单系类群——恐龙类，并将鸟类归属于恐龙类中。
两大类恐龙的主要区别在腰带上（腰带俗称骨盆），每一侧腰带都由三块骨头组成，即肠骨、坐骨和耻骨。上面的一块骨头叫肠骨，下面有两块骨头，前面的叫耻骨，后面的叫坐骨。这三块骨头的形态、排列方式直接受动物的行走、生殖方面的影响，这方面在恐龙中表现得特别清楚，是区别恐龙的最好特征，所以恐龙的分类就是依据腰带而分成两大类。
第一类是腰带上的三块骨头从侧面看排列成三射型，耻骨在肠骨下方，向下、向前伸展，坐骨向下、向后伸出，好像一个三角形，与现代蜥蜴的腰带样子相似，所以叫蜥臀类。它包括吃植物、四脚行走的蜥脚类和肉食、两脚行走的兽脚类，新的分类将鸟类归于恐龙纲的兽脚类中。
第二类恐龙腰带的三块骨头是四射型，肠骨前后扩张，耻骨与坐骨平行，而且耻骨有一个大的前突起，向前伸出在肠骨的下方恐龙的分类，这样肠骨的前部、后部、耻骨前突起、坐骨和耻骨构成四射型，排列成长方形，这种构造与现代的鸟类很相似，叫做鸟臀类。
鸟臀类可以分为五大类群：鸟脚类、剑龙类、肿头龙类、角龙类及角龙类。除了某些比较原始的鸟脚类用二足行走以外，其他都是四足行走的。它们全部是吃植物的素食者恐龙的分类，素食使它们的牙齿趋于退化。鸟臀类的头骨及颌骨通常具有喙的构造，鸟臀类在下颌骨的前面多出一块骨头，叫前齿骨，作为喙的下颌部分。它们的脚趾末端常有扁平的指甲，很像蹄子。因为它们是素食者，没有进攻性的装备，为了防御敌人，经长期适应，它们之中，有的身上披有甲板、甲片、棘刺，有的长着各种各样的角，使鸟臀类的样子别具一格，适应的范围比蜥臀类更广泛，使奇异的恐龙世界更加绚丽多彩。
随着新的恐龙化石增加和新标本的出现，这一传统的分类也收到了挑战。20世纪70年代末，在东亚发现了一类腰带很特殊的恐龙——镰刀龙类，它们的腰带不是三射型也不是四射型的，分类位置也很难确定。目前将镰刀龙类归于兽脚类中的虚骨龙类的一支，它与鸟类关系密切。目前有许多证据表明鸟类是恐龙的后裔，作为恐龙纲中的一个支系。
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