Osservando alcune specie di uccelli attuali che presentano caratteristiche "preistoriche", quali il casco osseo dell'Uccello Casuario Australiano, si è portati a dar credito alla teoria secondo cui gli odierni volatili discendono dai rettili. In base a questa interpretazione evolutiva, l'Archaeopteryx, il più antico fossile di uccello mai ritrovato (circa 150 milioni di anni fa, rinvenuto nella cava di Solnhofen - Germania - nel 1861) rappresenta un anello di congiunzione tra una classe di dinosauri, i Teropodi, e gli uccelli veri e propri che conosciamo oggi: nel "Velociraptor" , ad esempio, alcune caratteristiche dei rettili, come i denti e la presenza di artigli anche sugli arti anteriori, erano coniugate a particolarità anatomiche tipiche dei volatili, come la presenza di penne, dei sacchi aeriferi e dello sterno carenato ad "U", una conformazione importantissima per il volo.
Per trovare animali già molto simili ai nostri uccelli attuali si deve giungere sino al Cretaceo (all'incirca 130 milioni di anni fa), epoca in cui vissero l'Hesperornis, e l'Hchtyornis, i cui fossili sono stati rinvenuti nel Nordamerica; i resti di alcuni esemplari vissuti nel Pleistocene (da 2 milioni a 10.000 anni fa) e rinvenuti nell'area di Rancho La Brea, in California, sono invece l'evidente prova di come ormai gli uccelli si fossero evoluti nella direzione definitiva attuale.
Molte specie di quell'epoca  - come il potente Teratornis - sono attualmente purtroppo estinte, alcune sono ancora presenti ai nostri giorni: si pensa che nel Pleistocene ne esistessero 11.500, cioè 1500 in più delle presenti. Innegabilmente, il periodo più fiorente per l'espansione di questa classe animale risale a 250-500 milioni d'anni fa: da allora in poi iniziò un lento declino, che prosegue ancor oggi.