[3]​ Las relaciones filogenéticas de Microsauria no han sido aún esclarecidas, existiendo diversos estudios que establecen al grupo como parafilético.

[3]​ Los microsaurios se caracterizan por determinados patrones craneales (reducción en el número de huesos del cráneo), la reducción del complejo occipital-atlas y la estructura de las vértebras, exhibiendo centros vertebrales cilíndricos, los cuales están fusionados con los arcos neurales (aunque ciertas especies presentan intercentros en las vértebras presacrales).

[3]​ Por otra parte, el cráneo carece de fosas temporales (fenestras), presentando márgenes orbitales circulares, a diferencia del grupo Lysorophia.

La propiedad más importante que caracteriza a los microsaurios es la relación de la articulación del cráneo (cóndilo occipital) con la primera vértebra cervical (atlas).

[10]​ En Europa, por otra parte, los especímenes han sido extraídos de yacimientos en Alemania, la República Checa, Irlanda y, tal vez, en Rusia.

Odonterpeton Hyloplesion Microbrachis Brachystelechidae "Tuditanidae" "Hapsidopareiontidae" Ostodolepididae Rhynchonkos Gymnarthridae Pantylidae Lysorophia "Nectridea" Aistopoda Utaherpeton Hyloplesion Odonterpeton Hapsidopareiontidae Tuditanidae Ostodolepididae Pantylidae Gymnarthridae Rhynchonkos Brachystelechidae Microbrachis Adelogyrinidae "Nectridea" Aistopoda Lysorophia Cladogramas basados en Ruta & Coates (2007) y Anderson (2001).