Наиболее характерными обитателями мезозойских морей были аммониты и белемниты. Аммониты жили в раковине, обычно свернутой тугой спиралью. Аммонитами их назвали за сходство их раковины с рогами барана — древнеегипетского бога Аммона изображали с бараньими рогами. Внутри раковина была разделена на отдельные камеры, в последней, самой большой, находилось само животное. В остальных камерах был газ, обеспечивающий плавучесть аммонита. Изменяя объем газа, аммонит мог менять свой вес и соответственно опускаться или подниматься в воде. Раковины аммонитов были маленькие, размером с металлический рубль, и огромные, как колеса, диаметром до двух метров. Аммонит был похож на сидящего в раковине осьминога, он имел десять рук с присосками и был хищником, нападавшим на других донных животных. За мезозой на Земле сменилось несколько десятков тысяч видов аммонитов.
Родственники аммонитов белемниты очень похожи на современных кальмаров и подобно им были хорошими пловцами. На голове у них располагались большие глаза и десять рук с присосками — две длинные и восемь более коротких. Как и некоторые кальмары, белемниты имели раковину внутри тела — эти раковины часто встречаются в мезозойских отложениях и называются «чертовыми пальцами». По форме и размерам они действительно похожи на остроконечные пальцы. Большинство ученых считают, что раковина была известковой, как раковины других моллюсков, но некоторые думают, что у живых белемнитов раковина была мягкой, хрящевой и окаменела после смерти. Аммониты и белемниты полностью вымерли в конце мезозойской эры.