Plesiosaury mali v plutvách veľa kostí, vďaka čomu boli ohybné. Žiadne moderné zviera nemá takúto anatómiu štyroch plutiev: moderné korytnačky používajú na plávanie predné končatiny. Boli prevažne rybožravé (rybožravé).
Pliosaury
Pliosaury boli skupinou väčšinou veľkých podmorských dravcov s krátkym krkom a veľkou hlavou. Ich veľkosť sa pohybovala od dvoch do 15 metrov a boli predátormi veľkých rýb a iných plazov. Ich prúdnicový tvar tela naznačuje, že plávali a živili sa pod vodou.
Dlhokrké plesiosaury
Existovali tri čeľade dlhokrkých plesiosaurov, ktoré mali zrejme odlišný spôsob života ako pliosaury. D. M. S. Watson predpokladal, že ich spôsob života spočíval v tom, že plávali na hladine a vrhali sa dolu, aby chytili menšie ryby, ktoré sa živili planktónom. Ťažko vidieť výhodu dlhého krku pod vodou; všetky vodné cicavce operujúce pod vodou majú oblúkovitý torpédovitý tvar, rovnako ako pliosaury a ichtyosaury. Všetky čeľade s dlhším krkom boli podľa nastavenia zubov a čeľustí požieračmi malých rýb. Prinajmenšom niektoré z nich však boli dnovými potravinármi a konzumovali rôznu korisť. Tráveniu mäkkýšov napomáhali gastrolity.
- Plesiosauridi: krk nie je taký dlhý ako u ostatných dvoch čeľadí a nie je taký ohybný: všeobecnejší všestranný plesiosaurus. Hlava stredne veľká, krk pomerne hrubý a silný, až 30 stavcov.
- Cryptoclidids: dlhšie krky s viac ako 30 stavcami.
- Elasmosauridi: veľmi dlhé krky; niektoré neskoršie formy majú až 76 krčných stavcov a pomerne malé lebky. s30 Myšlienky Watsona a Alexandra sa vzťahujú najmä na túto skupinu.
Gastrolity
Plesiosaury boli nájdené s fosíliami belemnitov (živočíchov podobných chobotniciam) a amonitov (obrovských mäkkýšov podobných nautilom), ktoré sa nachádzali v ich žalúdkoch. Ale plesiosaury nedokázali rozlúsknuť schránky. Namiesto toho ich pravdepodobne prehĺtali celé. V bruchu plesiosaura sa nachádzali "žalúdočné kamene", ktoré sa nazývajú gastrolity. Tieto kamene sa pohybovali v žalúdku plesiosaura a rozbíjali alebo drvili schránky živočíchov, ktoré zjedol. Jedna fosília plesiosaura nájdená v Južnej Dakote mala 253 gastrolitov s celkovou hmotnosťou 29 kg.
