這些特征可能十分容易地追溯到某些踝節類的牙齒和腳（或許通過某些過渡性的“原奇蹄類”），特別是北美古新世的四尖獸屬——原蹄獸的近親。四尖獸上臼齒呈方形，六個發育良好的、低的丘形齒尖組成齒冠麵。這一圖形稍經改變，就是在始新世的始馬屬中所看到的。經過一個簡單的進化步驟，前麵的中間尖和內尖連接起來，形成一條斜的脊或原脊，同樣，後麵的中間尖和內尖聯接起來，形成一條斜的後脊，前後脊將兩外尖聯接起來，形成一條外脊，典型的原始奇蹄類臼齒的圖形便形成了。同樣，在四尖獸這樣的哺乳動物中，下臼齒上的各個尖可能也轉變成橫的脊或下脊了，而這正是原始奇蹄類的特征，在始馬的下臼齒上已經隱約出現了。
在腳的構造上四尖獸的腕骨有點圓，排列成連續的樣式，上下各一排，髁骨中的距骨下關節麵是圓的，使腳可以大大地彎曲。在始馬中，腕骨交互排列，因此它們是互相結合的；距骨的下關節麵比較平。因此始馬的腳比較不易彎曲，也不易向側方活動。而且，始馬的腳比起踝節類的腳，趾骨大大延長了。
從四尖獸到始馬的這些變化，指出了適應中的變換，食嫩枝葉的效力和在堅硬地麵上奔跑的效力大大增加，使始馬對吃食植物和對迅速逃避食肉類的進攻有了一套很好的裝備。很可能，快速奔跑以對付侵略成性的食肉類的威脅，這種適應性是最早的奇蹄類取得成功的因素；而相反地，踝節類由於缺乏這樣的適應性，使它們終於滅絕。始新世和漸新世之交，許多食肉裂腳類興起而成為有效的獵食者，踝節類就滅亡了。而它們的適應能力很強的後代奇蹄類興旺起來，走上了許多不同的進化路線。在第三紀中期達到了它們進化曆史的頂點，成為世界上大部分地區內盛極一時的有蹄類，以後便開始衰退。
從原始類型起，奇蹄類向著三個明顯的方向進化。其中之一即馬形亞目，包括馬類和已經滅絕的雷獸等；第二支為角形亞目，包括貘類和犀牛類；第三支為爪腳亞目，包括爪獸類及其祖先。
馬形亞目——馬類
在全部動物進化史中，沒有比馬類的進化史了解得更多的了。這是因為馬類的化石記錄非常完整。所以講奇蹄類的進化曆程，通常都用馬類作為代表。
從始祖馬開始，馬類進化發展趨向，可以列出幾個特點：一是體型增大；
二是腿腳伸長，側趾退化，中趾加強；
三是背部伸直、變硬；
四是門齒變寬，前臼齒變成臼齒，頰齒齒冠增高，齒冠形式進一步複雜化；
五是頭骨前部和下頜加深，眼前的麵部伸長，以適應高冠的頰齒；
六是顱腦增大而且複雜化。
一般說來，馬類的進化一直是沿著一條直線方向前進的，所謂“直向進化”或“直生現象”。但是在第三紀中期和晚期，也曾經出現過一些旁枝。
始新世早期的始馬，到始新世中期發展成為山馬，始新世晚期成為次馬，漸新世早期成為漸新馬，漸新世中期和晚期成為中新馬。
中新馬有羊那麼大小；四腳都變成三趾，中趾比側趾大得多；頭骨還比較原始，臉部稍有伸長；頰齒也有進步，但是仍然是低冠的。它們仍然住在森林地帶，吃樹葉和嫩的植物。
進入中新世，馬類分出了幾個分枝，有太古馬，有安琪馬，但是主幹是草原古馬。
草原古馬已經有現代小馬那麼大；腳仍然有三趾，但是側趾退化到很少起作用，中趾末端出現了圓形的蹄；臉部伸長變高，下頜也變高了；牙齒齒冠變高，出現了複雜的釉質褶皺，更適宜於磨碎硬的植物纖維和種子。草原古馬在眼眶後麵有一塊眶後骨橋，把眼孔和顳孔分開，這是後期馬類的典型特征。
到中新世末，從草原古馬分出兩枝：一枝叫三趾馬，一枝叫上新馬。三趾馬具有進步的頭骨和牙齒，但是仍然保留三趾。它們從北美洲起源，在上新世分布到亞洲和歐洲，成為上新世早期的一種典型哺乳動物。這類馬生存到上新世末，少數進入到更新世，才開始滅絕。
上新馬是馬類進化的主幹，不但頭骨、牙齒進步，腳也變成了單趾，側趾退化得隻剩下痕跡了。
到上新世末期，從上新馬又演化出兩枝：一枝是在南北美洲重新連結以後進入南美洲才發展起來的，叫南美馬，在更新世的冰期中滅絕了。另一枝是現代馬。
現代馬也是在北美洲起源的，更新世初期遷移到其他大陸，成了分布全世界的動物。但是在它起源的新大陸，反而在幾千年前滅絕了。而在舊大陸，它一直生存到現代，而且又分化出了許多種：馬、斑馬和驢。
現代的馬和驢已經馴化成為家畜，馴化時間可能在公元前3000年。有人認為最早是在亞洲中部的草原地區馴化的，也可能不止草原地區一處。
馬形亞目——雷獸
雷獸是漸新世陸地上最大的動物，肩高2米多，體長4米，軀體笨重，四肢粗短。它有自衛武器，是頭上的一隻大角，高聳在鼻梁之上，基部比較窄，頂端分叉，是由額鼻部骨質膨大發展而成的，表麵覆有粗糙的角質層。
但是這種巨獸的祖先也隻有始祖馬那樣大小，叫小古雷獸，出現在始新世早期，身體輕巧靈活，善於奔跑。
雷獸類的進化趨向一是體型變大，一是頭骨發展出大的角。到始新世晚期，它已經進化到現代驢子大小。到漸新世，就迅速發展成為巨型動物。但是它的牙齒和腳仍然比較原始，特別由於牙齒仍然保持原始的低冠齒，隻能吃第三紀比較豐富的嫩枝和樹葉，到第四紀出現了大片草原，它的牙齒不適應於吃硬草食料，保證不了它的巨大身軀的需要。再加上它的腦比較原始，所以雷獸很快就滅絕了。
我國內蒙古烏蘭察布大草原曾經找到過雷獸化石三四十種，主要屬於王雷獸類。
角形亞目——犀牛
犀牛近年來被大量殘殺，留存下來的數量都不多了。但是在第三紀，犀牛曾經盛極一時，並且種類繁多，屬於相互平行發展的幾個分枝。
最早的犀牛出現在始新世中期，也顯示出主幹奇蹄類的原始特征。發展到漸新世，是犀牛的黃金時代。
古代平行發展的各個犀牛分枝，主要的有：
跑犀：在北美洲發現的生活在漸新世的一種犀牛，身體比較小，結構靈巧，細長的腿適宜於迅速奔跑，和現代犀牛大不一樣。它的頭骨低，門齒整齊，犬齒小，臼齒上有發達的橫脊，是對食草的適應。它到中新世就全部滅絕了。
兩棲犀：興起於始新世晚期，一開始就是大而笨重的動物，有強壯的四肢和寬短的腳，生活習性是愛水的。它的頭骨沉重，門齒和前臼齒退化，犬齒發達好像一對短劍，大概是禦敵的武器，臼齒是切割型的。漸新世它從北美洲分布到歐亞大陸，但是到漸新世末趨向滅絕，在亞洲殘留到中新世。
巨犀：一類生活在第三紀中期歐亞大陸上的犀牛，是已知的最大的陸生哺乳動物中的一種，肩高可以達到五米，身長七八米，頭上沒有角，靠吃樹葉和嫩芽生活。我國始新統地層裏曾經發現過最早的比較原始類型的巨犀化石。
到了更新世，有兩類比較特化的犀牛：
板齒犀：這是一批生活在更新世歐亞大陸上的高度特化的巨大犀牛，它有單一的大角長在額上，而不是像現代單角犀那樣長在鼻上，頰齒齒冠很高，上麵有複雜的釉質褶皺，適應於草原生活。
披毛犀：這是一批生活在更新世歐亞和北非的犀牛，身上披有長毛，頭上有前後排列的雙角。它們是第四紀冰期的巨大動物，曾經和舊石器時代的人類共同生活過。
現代的犀牛出現於中新世晚期，它們在更新世其他各種犀牛先後滅絕之後，一直殘留到今天，不過卻是正在走向滅絕的動物，現存的有五種：印度犀，分布於印度、尼泊爾、不丹；爪哇犀，分布於馬來西亞、緬甸、印度尼西亞等地；蘇門答臘犀，分布於蘇門答臘、加裏曼丹等地；非洲犀（黑犀），分布於非洲；自犀，分布於非洲南部。前兩種是單角犀，後三種是雙角犀。
角形亞目——貘
貘和犀牛同屬角形亞目，原始的貘和原始的犀牛關係密切，不好分辨。如蹄貘以前認為是一種原始的犀牛，現在認為是一種原始的貘。
原始的貘類出現於始新世，以後發展出比較複雜的幾個平行分枝。
早期的貘類大多數是小型的，具有一般原始奇蹄類的特征。漸新世出現了原貘。到中新世的中新貘，已經和現代的貘一樣了。現代的貘出現於上新世，一直生存到現在。更新世出現過一種巨貘，個體極大，形狀和現代的貘一模一樣，已經滅絕。
貘的特點在於它鼻骨後縮，有一個能夠伸縮的鼻子，雖然沒有象的鼻子那麼長，但是也能夠纏繞植物莖稈和其他的東西。貘的身體笨重，背脊彎曲，四肢肥短，牙齒適合於吃嫩枝嫩葉。
現代的貘隻分布在中、南美洲和馬來西亞、蘇門答臘、泰國等東南亞地區。在中、南美洲的叫美洲貘，在東南亞地區的叫馬來貘。但是在更新世，貘類曾經廣泛分布在北美洲和歐亞大陸。更新世結束的時候，除了前麵所說的有限區域，其餘各地的貘都先後滅絕了。
爪腳亞目——爪獸
爪獸類可能和雷獸類有親緣關係。它是奇蹄類中唯一的腳上沒有蹄而有大爪的動物，可能由於它不愛奔跑，常生活在河邊，靠樹上的嫩葉和挖出的植物的嫩的根莖維持生活，爪對它挖掘植物根是有用的。
爪獸是從始新世晚期也像始祖馬一般大小的祖先進化而來的。它也跟一般奇蹄類一樣，向體型增大的方向發展，到中新世，就有現代大馬那麼大，如北美洲的石爪獸和歐亞大陸的巨爪獸。晚期的爪獸外形很像馬，但是它的牙齒和雷獸相似，齒冠低，隻適宜於吃嫩葉鮮草。
爪獸類一直生存到更新世，在冰期到來的時候才滅絕了。
總體來說，奇蹄類從始新世興起，在第三紀中期達到了它們的極盛時期，成為世界上大部分地區占優勢的有蹄類。但是，在這以後，奇蹄類就開始衰退。現在雖然仍然是一種重要的有蹄類，主要隻有被人馴化的馬類（包括馬、驢等）比較繁盛，犀牛和貘已經趨向滅亡，其餘的都已經滅絕。
現代有蹄類中占優勢的，是另一分枝偶蹄類。
偶蹄類
偶蹄類趾的基本排列方式是在每一腳上一般都有兩個或四個腳趾，腳的中軸在第三和第四趾之間。第一趾幾乎從不存在。踝部的距骨從最原始類群開始就有兩個滑車，一個向上與脛骨相接，一個向下與踝部其他骨頭相接，這與隻有一個滑車的奇蹄類距骨很不一樣。這種有兩個滑車的距骨使後肢有可能進行很大程度的彎曲和伸展；因此，偶蹄類通常有非凡的跳躍能力。偶蹄類股骨幹上沒有第三轉節。在較進步的偶蹄類中，橈骨和尺骨可能愈合為一，腓骨可能退化成一薄片，連在脛骨上。第三和第四趾的長骨（或掌骨、腓骨）也常常愈合為一，被稱為“炮骨”。
偶蹄類通常也有一個壯大的體腔，以容納複雜的消化道和大的肺。背部強壯，大多數都有強壯的背肌，與後腿的肌肉一起活動，使腿部有推進力。原始偶蹄類有完整的齒列，但在進化過程中，上門齒有消失的強烈趨向。在很多偶蹄類中門齒全部消失，代之以角質的墊，下門齒咬合其上，形成一個非常有效的剪割工具。這些偶蹄類的下犬齒常常變成門齒的形狀，而且與門齒一起成為一齒列，因此下麵一共有八個剪切齒。在另一些偶蹄類中，犬齒大而成短劍形，用以爭鬥或自衛，也有很多偶蹄類犬齒不同程度地退化消失。
頰齒與前麵的牙齒之間通常有一齒缺，前臼齒很少臼齒化。原始偶蹄類的頰齒為丘形齒和低冠，很多進步類型的頰齒成為月形齒，有脊形的齒尖，而且是高冠的。除最原始的以外，所有偶蹄類的上臼齒有方形的齒冠，但不是像奇蹄類那樣後內尖由次尖形成，而是常常由一個增大了的後小尖（通常位於後尖和次尖之間的齒尖）形成。進步的有這種牙齒構造的偶蹄類沒有次尖。
頭骨在比例和適應方麵有各種改變，這與牙齒的特化及在某些類群中角的發展有關。在進步類型中，臉部一般長而高，頭骨背部的骨頭常常壓縮，在有角的偶蹄類中尤其如此。
現代大多數有蹄動物都是偶蹄類，如豬、牛、羊、鹿、駱駝等。偶蹄類中的許多成員和人類生活有密切關係。
除了現存的偶蹄類，有許多早期的偶蹄類已經滅絕。由於偶蹄類基本上是輻射進化的，不少種類是平行發展起來的，親緣關係不很清楚，給分類帶來了困難。我們前麵提過，大體上可以把偶蹄目分做五個亞目，其中有兩個亞目——古齒亞目和彎齒亞目都已經滅絕，豬亞目中也有一類叫石炭獸的已經滅絕。
滅絕的不反芻偶蹄類：古齒亞目——雙錐獸類和巨豬類
最早的偶蹄類出現於始新世早期，如北美洲的古偶蹄獸，就是一種小的原始的偶蹄類，可以認為是幾乎所有後期偶蹄類的祖先。古偶蹄獸屬於雙錐獸類。
雙錐獸類在始新世廣泛分布於北美洲和歐亞大陸，那時它們遠不如同時代的奇蹄類進步。它們和某些早期古食肉類在一般外表上可能還相差不遠。
到始新世後半期，有些雙錐獸變得比較特化了，走上了滅絕的道路。它們中隻有少數進入了漸新世。
和雙錐獸有一定親緣關係、從早期雙錐獸類分化出來的另一類早期偶蹄類，叫巨豬類。它從始新世晚期出現，經漸新世，一直生存到中新世。
巨豬類表現出向增大體型方向發展，在漸新世已經有變得像現代野豬那麼大的，到中新世早期更變得有現代野牛那麼大。它在某些性質上像豬，所以叫它“巨豬”，但是發展趨向和豬完全不一樣，向長腿直背方向發展，成為適宜於奔跑的隻有兩趾的有蹄動物，並且發展出相當大的頭骨和牙齒。
漸新世和中新世早期，巨豬是北半球哺乳動物中占優勢的成員。以後可能由於和更高等的其他食草動物競爭失敗，就滅絕了。
雙錐獸類和巨豬類都是早期的偶蹄類，同屬於古齒亞目。
滅絕的不反芻偶蹄類：豬亞目——石炭獸
始新世中期和晚期，興起了一類叫做石炭獸的偶蹄類。最早的石炭獸非常接近於某些原始的雙錐獸，說明它們也可能是從早期雙錐獸分化出來的。但是石炭獸類後來發展成為適應在小川裏和沿河岸生活的動物，和現代的河馬有點相似。
石炭獸分布很廣，曆史也很長。在第三紀的大部分時間裏，它廣泛分布於歐亞大陸，漸新世發展到北美洲。在北美洲的石炭獸生存到中新世，在歐亞大陸的一直生存到更新世。
石炭獸一般是像豬的動物，腿長中等，腳有四趾，所以石炭獸類和現存的豬類、河馬類同歸在豬亞目裏。
滅絕的不反芻偶蹄類：彎齒亞目——新獸類和嶽齒獸類
始新世晚期，在歐洲有一類個體不大而高度特化了的偶蹄類，叫新獸類，它們生存到漸新世。它們可能和石炭獸類有一定的關係。
新獸的大小和生活都很像兔子，腿細長，側趾短，隻有中趾起作用，背脊彎曲，後腿比前腿長，可能也像兔子那樣是用跳躍式的步子奔跑的。但是它們的適應看來並不很成功，可能由於競爭不過兔子，在不長的時間裏麵就滅絕了。
始新世晚期，在北美洲興起另一類偶蹄類，叫嶽齒獸類，繼續生存到上新世。