Ewolucja thumb|left|250px|Capetus, bazalny temnospondyl W karbonie temnospondyle obejmowały prymitywne średniej wielkości (Dendrerpeton) i duże ziemnowodne (Cochleosaurus osiągający 1,5 metra długości) formy. Inne, bardziej zaawansowane, przypominały traszki czy salamandry (Limnerpeton). Jedna z grup (rodzaj Branchiosaurus i jego krewni) zachowała zewnętrzne skrzela, jak dzisiejszy aksolotl („wodny potwór”). W późnym karbonie i wczesnym permie kilka grup wytworzyło silne, potężne kończyny i kręgi, dostosowując się do życia na lądzie (Cacops). Powstały też prowadzące półwodny tryb życia drapieżniki o ciężkim ciele (Trematops, Eryops). Jeszcze inne wykształciły długie pyski i zadziwiające podobieństwo do krokodyli (Archegosaurus). Brakowało im tylko ochraniającej skóry. Do tej właśnie grupy należy największy znany płaz, mierzący 9 m długości brazylijski Prionosuchus.
W późnym permie spadek wilgotności i rozwój gadów skutkowały końcem lądowych temnospondyli, ale częściowo lub całkowicie wodne formy przetrwały (jak duży archegozauryd Melosaurus ze wschodniej Europy).