Mặc dù các hóa thạch của chúng rất cổ, coelophysoidea có một số đặc điểm cơ bản tách chúng khỏi những tổ tiên theropoda. Trong đó, đặc điểm nổi bật nhất (apomorphies) là sự kết nối của các xương hàm trên (khớp giữa mảnh trước hàm và hàm trên) và còn là sự linh hoạt về độ sâu giữa chân răng ở hai xương này. Sự khác biệt chủ yếu giữa các theropoda đó là có hay không việc coelophysoidea có cùng một tổ tiên chung gần với Ceratosauria (sensu stricto) hơn là Ceratosauria với các theropoda khác. Hầu hết các nghiên cứu gần đây cho thấy Coelophysoidea không tạo thành một nhóm tự nhiên với họ Ceratosauria. Tương tự như vậy, trong khi Dilophosauridae thường được đưa vào liên họ Coelophysoidea, nhưng nghiên cứu được công bố vào cuối năm 2000 lại cho thấy chúng thực sự có quan hệ họ hàng với loài các Tetanurarae.[2]

Danh mục phân loại

• Siêu họ Coelophysoidea
  • ?Dolichosuchus
  • ?Gojirasaurus
  • Liliensternus
  • Lophostropheus
  • ?Sarcosaurus
  • Tawa
  • Họ Coelophysidae
    • Podokesaurus
    • Procompsognathus
    • ?Pterospondylus
    • Segisaurus
    • Phân họ Coelophysinae
      • Camposaurus
      • Coelophysis
  • ?Họ Halticosauridae
    • ?Phân họ Halticosaurinae
      • ?Halticosaurus

Cây phát sinh loàì dưới đây được xây dựng theo một nghiên cứu của Martin D. Ezcurra và Gilles Cuny, 2007.[3]