Sono sei i fossili di Archaeopteryx rinvenuti dal 1860 a oggi, per la maggior parte nelle cave di Solnhofen.
Questi saurischi bipedi e carnivori, vissuti alla fine del Giurassico (circa 140 milioni di anni fa), avevano dimensioni di un pollo e caratteristiche anatomiche rivoluzionarie. Non a caso Archaeopteryx viene considerato l’"anello mancante" più famoso della paleontologia e l’animale estinto più controverso: i fossili, infatti, consentono di ricostruire l’immagine di questo rettile-uccello dall’anatomia originale, caratterizzandolo con un mosaico di elementi arcaici, intermedi e già molto evoluti. La corporatura e l’impalcatura ossea ( scapola, omero, vertebre cervicali, cranio, costole, vertebre dorsali, ilio, ischio, pube, femore, tibia,) sono tipici dei celurosauridi, la bocca è irta di denti appuntiti e sottili, la mano ha 3 dita artigliate, la zona di attacco fra anca e osso sacro è ridotta e la coda è lunga, formata da 22 vertebre: sono tutti caratteri tipicamente rettiliani e relativamente arcaici.
I piedi, con 3 dita e con gli alluci opponibili, caratteristici dei celurosauri, sono invece elementi "intermedi", che lo accomunano agli uccelli, così come l’osso a forcella (derivato dalla fusione delle clavicole) e la copertura di piume e penne, sue caratteristiche esclusive già identiche alle attuali per struttura e distribuzione sul corpo. Dopo lunghi anni di polemiche iniziate fin dal primo ritrovamento (1861), la maggior parte degli studiosi concorda con l’analisi di Ostrom: egli ritiene che Archaeopteryx vada considerato un dinosauro a tutti gli effetti, dalle caratteristiche strutturali e scheletriche molto simili a quelle di Compsognathus, Ornitholestes e Deinonychus ai quali sarebbe legato filogeneticamente. In particolare, l’anatomia delle zampe anteriori e posteriori, la presenza di clavicole e l’osso pubico rivolto in avanti, farebbero di Archaeopteryx indubitabilmente un dinosauro, e non un uccello com’era stato in precedenza ipotizzato (alcuni studiosi pensavano infatti che gli uccelli potessero discendere dai tecodonti come i dinosauri).
Pur avendo il corpo coperto di penne e piume, Archaeopteryx non aveva lo sterno carenato che negli uccelli fornisce un ottimo attacco dei muscoli pettorali che sostengono il volo: anche se le ossa cave erano particolarmente leggere, non aveva certo muscoli sufficientemente forti a sostenerlo in aria, e non poteva volare. La coda, poi, era troppo lunga, e doveva costituire un impedimento nel sollevarsi da terra.
La presenza di alluci opponibili e di dita artigliate, tuttavia, potrebbe essere una prova della sua capacità di arrampicarsi e appollaiarsi sui rami degli alberi: saltando da questa posizione, le braccia tese e la coda usata come timone, Archaeopteryx avrebbe potuto planare velocemente a terra. Altri studiosi ritengono invece che esso avesse la capacità di compiere salti considerevoli sostenendosi poi in aria per lunghi tratti allargando le braccia: in questo caso, il volo degli uccelli si sarebbe evoluto con lo sviluppo di apparati muscolari sempre più efficienti a sostegno di salti planati sempre più lunghi.
Ugualmente controversa è la spiegazione data alla presenza di un rivestimento di penne e piume: negli uccelli, infatti, esse svolgono una funzione termoregolatrice e una di sostegno e di direzione del volo. Se Archaeopteryx non poteva volare, però, esse potevano avere solo una funzione termoregolatrice, sarebbero dunque una prova della sua endotermia: l’embriologia conferma che le penne hanno origine dalla trasformazione di squame, ed è probabile che per un dinosauro endotermo, la copertura di squame "mutanti" costituisse un fattore di netta superiorità evolutiva. È probabile anche che questo dinosauro avesse imparato a sfruttare la copertura di penne per altri fini: come ipotizza Ostrom, le braccia pennute di Archaeopteryx dovevano essere ottimi "pigliamosche" nelle quali gli insetti rimanevano intrappolati. Non solo: le penne, difficilmente danneggiabili da rami e spine, erano certamente ideali per muoversi nel sottobosco, il luogo dove più probabilmente viveva Archaeopteryx, senza trovarsi in competizione con gli pterodattili, gli altri rettili volanti di Giurassico, dalle delicate membrane alari. Secondo molti studiosi, attraverso una rapida evoluzione Archaeopteryx avrebbe conquistato i cieli: denti e coda progressivamente ridotti, agili zampe in grado di correre, perfettamente a suo agio sulla terra e in aria, esso si sarebbe trasformato in uccello occupando tutta la Terra. Secondo altri, invece, il ramo evolutivo di Archaeopteryx si sarebbe arrestato circa 140 milioni di anni fa, lasciando il posto a discendenti dei celuridi.