人类对于恐龙与鸟类密切关系的认识，引发了一些恐龙有羽毛的明显可能性。始祖鸟化石包括保存完好的羽毛，但直到 1990 年代初期才发现明显具有保存羽毛的非鸟类恐龙化石。
根据化石研究，翼龙、鸟臀目恐龙和兽脚目恐龙皮肤上的细丝很可能具有相同的起源。如果这是真的，那么除了少数种类，大多数恐龙都有羽毛。
具体来说，根据目前的研究，甲龙科和鸭嘴龙科没有羽毛。暴龙科和阿贝龙科（也许还有巨头龙科）要么没有羽毛，要么大部分有鳞。角龙类可能有一条羽毛状的尾巴（就像它们的亲戚鹦鹉嘴龙一样），但我们还不确定。蜥脚类恐龙可能完全有鳞。我们不知道原蜥脚类动物中是否存在羽毛。
在鸟臀目中，已在三个属中发现羽毛痕迹：鹦鹉嘴龙、天宇龙和古琳达奔龙。如上所述，鹦鹉嘴龙的尾部有细丝。天宇龙的羽毛也很相似，只是在全身分布得更广，并没有局限在尾巴上。古琳达奔龙的外皮更像毛发，长 1.5-3 厘米。它有三种羽毛：第一种类似于兽脚类动物的羽绒状羽毛；第二个更复杂，朝身体下方生长；第三个是独一无二的。
鹦鹉嘴龙
天宇龙
古琳达奔龙
一些兽脚亚目化石的痕迹（可能是由腔骨龙类或双脊龙类产生的）似乎显示出羽毛的痕迹。实际上，目前所有发现的兽脚类恐龙羽毛化石痕迹都属于虚骨龙类，如似松鼠龙等。此外，异特龙科的驼背龙也有一些被人认为是羽毛根节的骨骼结构（类似的伶盗龙和拟鸟龙也有类似的结构）。
其中，似松鼠龙有 1 型羽毛（单丝，类似天宇龙和鹦鹉嘴龙）。类霸王龙科（包括巨大的华丽羽王龙），美颌龙科（包括中华龙鸟——第一种发现羽毛的明确证据的非鸟恐龙——和侏罗猎龙属）和镰刀龙超科（包括奇异的北票龙）具有1 型羽毛，2型羽毛（多根长丝接合在它们的基部）和 3型羽毛（多个细丝在它们的基部连接到中央细丝），类似古林达奔龙。
似松鼠龙
华丽羽王龙
中华龙鸟
北票龙
廓羽盗龙类，有更复杂的羽毛类型，包括像现代飞鸟那样的羽状羽毛。该组包括盗蛋龙科、驰龙科、伤齿龙科、擅攀鸟龙科和现存真正的鸟类的祖先。
尾羽龙
小盗龙
奇翼龙
金凤鸟
近鸟龙
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