Plesiosauroidea có thân rộng và đuôi ngắn. Chúng giữ lại từ tổ tiên hai cặp chi trước và sau, sau đó phát triển thành hai cặp chân bơi lớn.

Ở một số loài bò sát biển, được xác định bởi hồ sơ về răng, bao gồm cả Plesiosauroidea, đã có sự trao đổi chất máu nóng tương tự như ở động vật có vú. Chúng có thể sinh ra nội nhiệt để tồn tại trong môi trường nước lạnh hơn.[5]