Gavialoidea contiene la famiglia Gavialidae e molte forme estinte primitive come Eosuchus e Ocepesuchus. All'interno di Gavialidae ci sono due sottofamiglie: Gavialinae, che comprende il gaviale del Gange, e Gryposuchinae, che comprende diverse forme estinte, come Gryposuchus e Aktiogavialis.[1]
Oltre a questi gruppi, recenti studi molecolari indicherebbero che il falso gaviale (e di conseguenza altre forme estinte correlate) tradizionalmente riconosciute come appartenenti alla sottofamiglia crocodiliana Tomistominae appartengano in realtà a Gavialoidea.[2] Come suggerisce il nome, una volta si pensava che il falso gaviale fosse imparentato solo lontanamente al gaviale vero proprio nonostante il suo aspetto simile. I falsi gaviali e altri tomistominae erano tradizionalmente classificati all'interno della superfamiglia Crocodyloidea come parenti stretti dei veri coccodrilli. Questa classificazione si basa su prove morfologiche che, quando incorporate nelle analisi filogenetiche, spesso collocano il gruppo all'interno di Crocodyloidea.[3]
Nuove relazioni e dati divergenti ricevuti dagli studi molecolari hanno rivelato che i gaviali sono un gruppo relativamente giovane (40 milioni di anni fa) più strettamente imparentato con i coccodrilli rispetto agli alligatori.[4] Lo studio di Mike Lee & Adam Yates (2018), tenendo conto dei dati molecolari, morfologici e dell'età fossile, e l'inclusione dell'approccio bayesiano, ha dimostrato che Thoracosaurus e Borealosuchus (spesso indicati come gavialoide) non erano gaviali, ma risiedevano al di fuori di Crocodylia. La posizione tassonomica dei gaviali, grazie agli approcci molecolari, è stata rivelata essere più giovane e maggiormente imparentati con i coccodrilli. Ciò significa che le caratteristiche da gaviale di animali come Thoracosaurus rappresentano un caso di convergenza evolutiva, probabilmente come adattamenti per catturare il pesce.[4]
Di seguito è riportato un cladogramma di Vélez-Juarbe et al. (2007) che mostra le relazioni filogenetiche dei membri di Gavialoidea, esclusi i Tomistominae:[1]
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