A teoria mais aceita é de que o meteorito encontrado na Cratera de Chicxulub, no México, foi o responsável pela extinção, ao colidir com a Terra e originar uma grande explosão que carbonizou bilhões de animais instantaneamente, levantando também uma nuvem de poeira tão espessa que bloqueou o calor do sol e transformou o planeta em um local extremamente frio, em um evento meteorológico similar ao inverno nuclear, eliminando as espécies sobreviventes, com exceção dos dinossauros emplumados e dos seres mamíferos, que tinham a capacidade de se adaptar para sobreviver em climas de baixas temperaturas podendo assim viver no novo ambiente. Provavelmente o sangue quente de dinossauros emplumados e mamíferos é um fator a ser considerado para explicar sua sobrevivência; entretanto, a teoria do "sangue quente", não explica a sobrevivência de animais poiquilotérmicos, como tartarugas, sapos e crocodilos ou o desaparecimento de dinossauros de sangue quente não emplumados. O registro fóssil indica que os dinossauros emplumados evoluíram dos terópodas durante o período jurássico, e, após o evento da extinção em massa, deram origem as aves modernas, e os mamíferos sobreviventes evoluíram até dar origem ao ser humano atual.

Usando evidências fósseis, os paleontólogos identificaram mais de quinhentos diferentes gêneros e mais de mil diferentes espécies de dinossauros, alguns sendo herbívoros, outros carnívoros, assim como havia também espécies bípedes e quadrúpedes. Muitas espécies possuíam estruturas como chifres ou cristas (Triceratopo), e alguns grupos chegarem a desenvolver modificações esqueléticas, como armaduras ósseas (Anquilossauro) e espinhas (Espinossauro). Estes animais variavam muito em tamanho e peso, com dinossauros terópodes adultos medindo menos de cinquenta centímetros (Compsognato), enquanto as maiores saurópodes podiam chegar a uma altura de cerca de vinte metros (Argentinossauro).