與爬蟲類的起源對照之下，現今兩生類的祖先仍是個謎。大體是因為完全沒有化石紀錄可以將現今兩生類的三個屬和古老的四足類動物互相連結起來，這在陸生脊椎動物的歷史當中可說是個相當大的鴻溝。我們現在所知最早的兩生類化石（三疊蛙屬，於侏儸紀中期位於馬達加斯加島，兩億三千萬年以前）在某些特徵中已和青蛙相似，雖然牠們還保留著短小的尾巴及比現今青蛙長了兩倍的脊椎骨。早期來自波蘭（卡札克蛙屬，僅僅比三疊蛙屬年輕五百萬年），與青蛙相似的兩生類提供了證據說明青蛙在三疊紀時期就已經廣為分布。最早的蠑螈（大理石螈，於侏儸紀中期位於英國，始於一億六千五百萬年以前）和蚓螈（曙蚓螈，具有腳的外型，於侏儸紀早期位於美國亞利桑那州，一億九千萬年以前）則是以各自的方式特化成現今的模樣。因此第一隻兩生類有可能起源於更早期，或許是在二疊紀的某個時期，也或許還要更早也說不定。
　　因此，不完整的化石紀錄僅提供了相當有限的幫助。然而這也引起了不少關於為何這些動物無法那麼輕易形成化石的疑問，因為即使是像具有外部鰓的迷齒龍幼體那麼小且易碎的生物都能找到化石。這原因可能具有生態意義：現今兩生類的祖先可能都盤踞在很淺的水窪或是山中的急流，在那裡種類繁多的古老四足類動物較無法獵捕牠們，而碰巧這個地點形成的化石相對地非常稀少。比方說，就我們所知，大理石螈是屬於完全水生的蠑螈。
　　在缺少關鍵化石的情況下，演化的關連性必須經由現生物種的比較來推論。經過長時間的演化，使得青蛙與蠑螈之間有著極大的差異，普遍認為牠們各自是古生代四足類動物當中不同屬的後代。爾後又有人提出，儘管牠們具有不同的外表，但青蛙、蠑螈以及蚓螈都具有許多共同的基本特徵，特別是：1.皮膚腺體的型態，這也說明了皮膚被用來當作呼吸器官。2.內耳的結構以及眼睛的視網膜。3.獨特的基座型齒結構，每個牙齒都有一個固定於下巴的基座，且可替換的牙冠附著於上頭。
　　所有這些共同特徵是獨立演化出來的可能性可說是微乎其微，因此在經過不斷的論證後，較合理的說法是假設牠們共同屬於單源。所以大部分的生物學家將現生的這三個族群歸類到滑體亞綱這個類別當中。