I likhet med ichthyosaurene hadde plesiosaurene fire luffer, en levning fra deres landlevende forfedre. Men i motsetning til fiskeøglene brukte svaneøglene alle fire luffene til svømming. Ikke noe annet dyr kjent for vitenskapen bruker denne måten å svømme på.

Plesiosaurene kom i et mangfold av former. Noen hadde kort hals og enorme hoder. Andre hadde ekstremt lange halser på opptil 72 virvler, med små hoder. Det fantes også et utall av mellomformer.

Tradisjonelt ble plesiosaurene delt inn i to grupper; de korthalsede pliosaurene og de langhalsede plesiosaurene. Studier av plesiosaur-slektskap har imidlertid vist at denne todelingen er kunstig. Noen langhalsede plesiosaurer er faktisk nærmere beslektet de korthalsede plesiosaurene, enn andre langhalsede.

De mindre plesiosaurene spiste for det meste forskjellige typer blekksprut og fisk. Noen tror man til og med spiste smådyr som de silte frem fra mudderet på havbunnen mellom tennene.

De større mer robuste pliosaurene spiste antageligvis alt de kom over. Noen av dem hadde opptil tre meter lange hoder, utstyrt med tenner så lange som agurker som kunne rive i stykker det meste de sank inn i.

De store pliosaurene oppstod i tidlig jura, men forsvant igjen i midten av kritt, kanskje utkonkurrert av de nyankommende mosasaurene; som var i slekt med dagens slanger og varaner.

I motsetning til ichthyosaurene som døde ut før den store utdøen på slutten av krittperioden, møtte plesiosaurene sin undergang sammen med dinosaurene for 65 millioner år siden.