Cung thú phát triển từ pelycosaur vò giữa kỉ Permi và chiếm vị trí của chúng trở thành động vật có xương sống chiếm lĩnh trên đất liền. Chúng khác biệt với pelycosaur ở một số đặc điểm trong hộp sọ và hàm, bao gồm của sổ hộp sọ lớn hơn và các răng cửa có kích thước bằng nhau.[9]

Dòng dõi Cung thú dẫn đến động vật có vú trải qua một loạt các giai đoạn phát triển, bắt đầu với những sinh vật rất giống tổ tiên pelycosaur của chúng và kết thúc với một số loài có thể dễ bị nhầm lẫn là động vật có vú:[10]

• phát triển dần dần của một vòm miệng có lớp xương thứ cấp. Hầu hết các sách báo thường khẳng định đây là một điều kiện tiên quyết cho sự tiến hóa của tốc độ trao đổi chất cao trong động vật có vú, bởi vì nó cho phép những động vật này vừa ăn vừa thở cùng một lúc. Nhưng một số nhà khoa học chỉ ra rằng nhiều loài động vật ngoại nhiệt hiện đại sử dụng một vòm miệng thịt thứ cấp để tách miệng ra khỏi khí quản và rằng vòm miệng xương cung cấp một bề mặt mà lưỡi có thể trộn thức ăn, tạo điều kiện cho hành động nhai thay vì thở.[11] Cách giải thích vòm miệng xương thứ cấp như sự hỗ trợ cho hành động nhai cũng thể hiện sự tiến bộ của quá trình trao đổi chất nhanh hơn, bởi vì nhai thức ăn giúp làm giảm kích thước của các hạt dinh dưỡng rồi được đưa vào dạ dày và do đó tăng tốc độ tiêu hóa. Ở động vật có vú, vòm miệng được hình thành bởi hai xương cụ thể, nhưng các loài Cung thú kỉ Permi khác có một kiểu kết hợp xương khác ở đúng chỗ hoạt động như một vòm miệng.
• xương răng dần dần trở thành xương chính của hàm dưới.
• hương tới tư thế chân tay duỗi thằng, tăng sức bền bỉ của sinh vật và tránh điều kiện biên Carrier. Nhưng quá trình này diễn ra thất thường và rất chậm - ví dụ: tất cả các Cung thú ăn cỏ đều có tư thế chân tay ngổn ngang (một số dạng muộn hơn có thể có chân sau nửa duỗi thẳng); Các Cung thú ăn thịt Permi có chân trước để ngang, và một số loài vào kì Permi muộn vẫn còn những chi nửa nằm ngang. Trên thực tế, các thú đơn huyệt hiện đại vẫn có tứ chi nửa nằm ngang.

Phát sinh loài của bộ Cung thú

Chỉ dicynodont, therocephalian, và cynodont sống sót vào kỉ Tam Điệp.

Phân bộ Biarmosuchia

Phân bộ Biarmosuchia là nhánh nguyên thủy và giống pelycosaur nhất trong số các Cung thú.[12]

Phân bộ Dinocephalia

Phân bộ Dinocephalian ("đầu khủng khiếp") bao gồm cả động vật ăn thịt và động vật ăn cỏ. Chúng rất to lớn; Anteosaurus dài tới 6 m. Một số loài ăn thịt có các chi sau nửa duỗi thẳng, nhưng tất cả các Dinocephalian đều có chi trước nằm ngang. Về nhiều mặt, chúng là phân bộ Cung thú khá nguyên thủy; ví dụ, chúng không có vòm miệng xương thứ cấp và hàm của chúng khá "bò sát".[13]

Phân bộ Anomodont

Phân bộ Anomodont ("răng dị thường") là một trong những Cung thú ăn cỏ thành công nhất - một nhóm phụ, dicynodont, đã sống sót đến gần cuối kỉ Tam Điệp. Nhưng phân bộ này rất khác với động vật có vú ăn cỏ hiện đại, vì răng duy nhất của chúng là một cặp răng nanh ở hàm trên và người ta thường đồng ý rằng chúng có mỏ giống như chim hoặc các loài khủng long sừng.[14]

Phân bộ Theriodont

Phân bộ Bò sát răng thú (Theriodont) và hậu duệ của chúng có khớp hàm trong đó xương khớp hàm dưới gắn chặt với xương vuông nhỏ của hộp sọ. Điều này cho phép một góc mở hàm rộng hơn nhiều, và một nhóm, các loài gorgonopsian ăn thịt ("mặt gorgon"), đã lợi dụng đặc điểm này để phát triển "răng kiếm". Nhưng bản lề hàm của Theriodont có một tầm quan trọng lâu dài hơn - kích thước giảm của xương vuông là một bước tiến quan trọng đối với sự phát triển của khớp hàm và tai giữa trong động vật có vú.

Các gorgonopsian vẫn còn một số đặc điểm nguyên thủy: không có vòm miệng xương thứ cấp (chứa các xương khác nhưng vân thực hiện chức năng tương tự); chân trước nằm ngang; chân sau có thể hoạt động ở cả tư thế ngang và duỗi thẳng. Nhưng các Therocephalia ("đầu thú"), dường như phát sinh cùng thời điểm với gorgonopsian, có thêm các đặc điểm giống như động vật có vú, ví dụ: xương ngón tay và ngón chân của chúng có cùng số lượng đốt ngón như ở động vật có vú sớm (và cùng số lượng với các loài linh trưởng, bao gồm cả con người).[15]

Phân bộ Một răng chó

Phân bộ Một răng chó (Cynodont), một nhóm Cung thú phát sinh vào cuối kỷ Permi, bao gồm tổ tiên của tất cả các động vật có vú. Các đặc điểm giống như thú có vú của Cynodont bao gồm số lượng xương ở hàm dưới được giảm thiểu, có vòm miệng xương thứ cấp, răng má có hoa văn phức tạp ở vòng đỉnh răng và não được chứa trong khoang sọ.[15]

Các hệ thống hang nhiều buồng đã được tìm thấy, chứa tới 20 bộ xương của loài Trirachodon có niên đại vào kỉ Tam Điệp sớm. Những con vật này được cho là đã bị chết đuối do một trận lũ quét. Các hang này có sức chứa lớn chứng mình rằng những động vật này có khả năng thực hiện các hành vi xã hội phức tạp.[16]