Análisis de datos genéticos han mostrado que las tortugas son reptiles diápsidos, que están cercanamente relacionados con los arcosaurios (cocodrilos, aves, dinosaurios y parientes), sin embargo otros autores basándose en otros criterios consideran que están más cerca de los lepidosaurios (lagartos, serpientes, tuátaras y parientes).

Los estudios basados solo en fósiles, junto con los estudios que usan una combinación de evidencia fósil y genética sugieren que los sauropterigios, el grupo de los reptiles marinos prehistóricos que incluye a los plesiosaurios y a los placodontos superficialmente similares a las tortugas, serían también tortugas troncales.

Lepidosauromorpha †Choristodera †Trilophosaurus †Rhynchosauria Archosauriformes †Eosauropterygia †Placodontia †Sinosaurosphargis †Odontochelys †Proganochelys Testudines Este otro cladograma sigue el resultado más probable encontrado por otro análisis de las relaciones de las tortugas, esta vez basándose exclusivamente en evidencia fósil, publicado por Rainer Schoch y Hans-Dieter Sues en 2015.

Este estudio por su parte sí considera a Eunotosaurus como una verdadera tortuga troncal,[3]​ gracias algunos estudios llevados a cabo en 2015 que se centraron en una profunda investigación del cráneo descubrieron que Eunotosaurus es un diápsido y no un anápsido o parareptil, sino que en este caso particular sus fosas temporales se encontraban tapadas por distintos huesos, por ejemplo: la fosa superior se encontraba tapada por el hueso supratemporal y la fosa inferior por el escamosal, este cambio en la morfología se debería al desarrollo de los escudos que finalmente acabarían en las caparazones de las tortugas.

[5]​[6]​ Archosauromorpha Kuehneosauridae† Squamata Rhynchocephalia Eosauropterygia† Sinosaurosphargis† Placodontia† Eunotosaurus† Pappochelys† Odontochelys† Proganochelys† Testudines Una filogenia calibrada por tiempo recuperada por Shaffer et al.