La aparición de las mandíbulas podría ser el avance evolutivo más importante en la historia de los vertebrados por cuanto permitió acceder a diversas fuentes de alimento y favoreció el desarrollo de formas de mayor tamaño. Entre las sinapomorfías del grupo indudablemente la diferenciación de las mandíbulas es de las más relevantes; se encuentran accionadas por músculos y están provistas de dientes con dentina. Los dientes cortantes facilitan la reducción del alimento a porciones que puedan ser tragadas y los dientes con una morfología más aplanada permiten moler alimentos duros. Las mandíbulas no se limitan a la captura y desmenuzamiento de presas sino que abren un abanico de funciones como cavar, mover guijarros para construir nidos, retener a la pareja durante el cortejo, sostener o movilizar las crías, etc. El cráneo (parte del esqueleto axial) de los Gnathostomata incluye el neurocráneo que protege al cerebro y a las cápsulas sensoriales y el esplacnocráneo que comprende los arcos viscerales. El primer arco de esta serie es el mandibular, el segundo arco es el hioideo y luego sigue un número de arcos branquiales. Otras sinapomorfías de los Gnathostomata son la diferenciación del arco hioideo y la división de los arcos branquiales en varios elementos. Por otra parte, se suma la adquisición de la musculatura hipobranquial que permite la inhalación y la alimentación por succión. En el esqueleto apendicular aparecen miembros pares con sus cinturas correspondientes (pectoral y pélvica). Los Gnathostomata son anfirrinos, es decir, los sacos nasales son pares e independientes del canal hipofisario. Respecto del sistema sensorial se encuentran tres canales semicirculares en el oído interno y otolitos.