Dinosauři patří mezi diapsidní živočichy - mají dva spánkové otvory na upevnění žvýkacích svalů. Dalším typickým znakem, který odlišuje dinosaury od ostatních plazů je postavení končetin. U plazů jsou končetiny postaveny směrem do stran (např. krokodýli), zatímco dinosauří končetiny směřují přímo pod tělo (jako u savců). Přední končetiny byly obvykle kratší než zadní. Další významný znak je zvláštní stavba zadních končetin. Stehenní kost byla opatřena kulovitou hlavicí, která zapadala do pánevní jamky a umožňovala svislé umístění končetiny. Kost lýtková (fibula) byla na vnější straně mnohem tenčí než kost holenní (tibia) na straně vnitřní. Dinosauří měli zuby zasazeny v jamkách, podobně jako krokodýli, u plazů vyrůstají zuby přímo z čelistní kosti. Dinosauři měli různý počet obratlů, které byly mnohdy duté. Žebra byla připojena dvěma kloubními hlavicemi. Stejně jako ostatní plazi byli dinosauřií vejcorodí(přestože se již objevily teorie o živorodosti některých druhů). Jejich vejce ale nebyla kožovitá, jako u krokodýlů a želv, ale měla pevnou skořápku inkrustovanou minerálními látkami, podobně jako vejce dnešních ptáků. Povrch těla byl pokryt šupinatou kůží. U některých druhů, zejména velkých býložravců, se vyvinuly mohutné kostěné pláty. Existovali také četní opeření dinosauři, ze kterých se později, někdy během jurského období vyvinuli ptáci. V současnosti známe kolem desítky druhů malých dravých teropodů s pernatým integumentem (pokryvem těla), všechny pocházejí z oblasti Liao-ning v Číně.