Under hela Mesozoikum, dinosauriernas tid på jorden som omfattas av de geologiska perioderna Trias, Jura och Krita fanns det även andra stora reptiler på vår jord. Där landområdena dominerades av dinosaurierna och i mindre grad av flygödlorna härskades haven av ett stort antal undervattensarter som ofta i populärkulturen felaktigt ses som sjölevande dinosaurier. I själva verket tillhörde de havslevande reptilerna (liksom flygödlorna) andra djurgrupper, även om dessa liksom dinosaurierna tillhör gruppen Archosauria.
Bland de havsreptiler som levde under perioden Trias hittar vi till exempel Plesiosaurierna. Arter tillhörande detta släkte kunde hittas i haven under hela Mesozoikum, ända fram tills de dog ut vid slutet på Kritaperioden för cirka 65 miljoner år sedan. Plesiosauriernas kroppar var breda och med fyra paddelliknande fenor, mycket påminnande om dagens sköldpaddor. Bland arterna som tillhör detta släkte hittar vi dock både djur med långa halsar och små huvuden och djur med korta halsar och stora huvuden, som Pliosaurierna, de tidigare långsamma jägare och de senare snabba sådana. Plesiosaurierna var köttätare som levde på fiskar och andra havslevande reptiler av varierande storlek och de kunde andas luft på samma vis som valar och delfiner idag. Storleken hos Triasperiodens reptiler kunde variera mycket, från Elasmosaurus med sina 13 meter till arter under tre meter, vissa inte större än dagens får som lätt går att hålla bakom fårnät.
Under Jura levde ett stort antal olika reptiler i havet, vilket ett flertal fossilfynd från denna tidsperiod visar. Förutom de olika arterna av Plesiosaurier fanns det även så kallade Fisködlor eller Ichtyosaurier. Fisködlorna uppvisar många liknande drag som dagens delfiner, dels eftersom även de födde levande ungar, dels eftersom deras smäckra kroppsbyggnad på många vis motsvarade delfinernas. En skillnad är dock att Fisködlorna rörde stjärten fram och tillbaka på samma vis som hajar. Forskning tyder på att Fisködlornas förfäder någon gång under början av Trias var landlevande för att därefter återvända till havet. Fisködlorna dog ut vid slutet av Kritaperioden av okända orsaker, långt innan massdöden för 65 miljoner år sedan. Samtidigt försvann även Pliosaurierna, den dåvarande dominerande grenen av släkten Plesiosaurier.
Under Kritaperioden levde förutom de ovannämnda havsödlorna även så kallade Havsdrakar, eller Mosasaurier. Dessa reptiler påminde om dagens varanödlor och rörde sig antagligen i vattnet på samma vis som dessa. Då Fisködlorna och Pliosaurierna dog ut blev Mosasaurierna de dominerande jägarna i havet och fossilfynd av dessa kan hittas överallt på jorden. Deras släkte dog dock ut i samband med massutdöendet vid Kritaperiodens slut.
Förutom de ovannämnda arterna kan även nämnas, Nothosaurier (från Trias), tidiga havssköldpaddor (från och med Jura), Havskrokodiler (från Jura) och Choristodera (från sena Jura till efter Mesozoikums slut). Efter massutdöendet för 65 miljoner år sedan decimerades de havslevande reptilerna kraftigt, men ett stort antal arter överlevde in i Kenozoikum. Dagens sköldpaddsarter är till exempel arvatagare till dessa.
Under senare tid har ny forskning kunnat fastställa en del av de havslevande reptilernas utseende mer noggrant, och svenska forskare har visat att till exempel Fisködlorna och Mosasaurierna var mycket mörka till färgen.
[:https://news.nationalgeographic.com/news/dinosaur-era-swimming-reptiles-had-black-skin/] Forskningen kring de havslevande reptilerna fortsätter då nya fossilfynd dyker upp och då gamla utforskas med ny teknik.