羊膜動物有三個主要演化支，可由頭骨的結構與眼後顳顬孔的數量來辨認。無孔類爬行動物（已全部滅絕）的頭顱骨沒有顳顬孔，合弓類動物（哺乳類與其近親）有一個顳顬孔，大部分的雙孔類動物（大部分的爬行動物、恐龍、龜鱉目、鳥類）有兩個顳顬孔，某些雙孔類動物的顳顬孔在演化過程中消失。