Οι πελυκόσαυροι (από το ελληνικό pelyx που σημαίνει «κύπελλο» και sauros που σημαίνει «σαύρα») είναι μια τάξη τετράποδων που εμφανίστηκαν κατά την Ύστερη Καρβονοφόρο, άκμασαν κατά την Πρώιμη Πέρμια και στη συνέχεια αντικαταστάθηκαν από τους απογόνους τους, τους Θεραψίδες, κατά την Ύστερη Πέρμια. Αυτή η πρωτόγονη ομάδα ήταν η κυρίαρχη μορφή επίγειας ζωής για περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια, τα 3/5 της διάρκειας κυριαρχίας των θηλαστικών, και ήταν από τους πρώτους αμνιώτες (μη αμφίβια τετράποδα) που εξελίχθηκαν. Είναι μια από τις πιο πρωτόγονες ομάδες τετραπόδων, μετά τα βασικά τετράποδα και τα πρώιμα αμφίβια.
Οι πελυκόσαυροι κυμαίνονταν σε μεγέθη από μεγάλο αρουραίο έως λύκο και μεγαλύτερο από έναν ελέφαντα. Όντας η κυρίαρχη μορφή της επίγειας ζωής, εξελίχθηκαν για να εκμεταλλεύονται πολυάριθμους ρόλους, συμπεριλαμβανομένων των φυτοφάγων, των εντομοφάγων και των σαρκοφάγων. Ορισμένες έμοιαζαν με στιβαρές σαύρες, άλλες ήταν πιο ξένες, όπως το εμβληματικό Dimetrodon grandis, ένα κορυφαίο αρπακτικό μήκους 3 1/2 μέτρων (11 πόδια), με τεράστιες σπονδυλικές προεκτάσεις που δημιουργούσαν ένα μεγάλο πανί καλυμμένο με δέρμα. Αυτό το ζώο είχε μια κάπως όψη σαν δράκο. Άλλοι πελυκόσαυροι μοιράζονταν το πίσω πανί, το οποίο πιστεύεται ότι χρησιμοποιήθηκε για την αύξηση της θερμοκρασίας του ζώου. Ένας άλλος πελυκόσαυρος, ο Cotylorhynchus, ήταν ένα τιτανικό φυτοφάγο σε σχήμα βαρελιού με μικρό κεφάλι και συνολικό μήκος που ξεπερνούσε τα 6 μέτρα (20 πόδια). Θα ήταν μεγαλύτερος και βαρύτερος από τους μεγαλύτερους ελέφαντες που υπάρχουν σήμερα.
Οι πελυκόσαυροι ήταν από τους πρώτους αμνιώτες, που σημαίνει ότι είχαν καλά ανεπτυγμένα αυγά, που τους επέτρεπε να απομακρυνθούν από το νερό – τα αμφίβια πρέπει να παραμένουν υγρά και να γεννούν τα αυγά τους στο νερό. Οι πελυκόσαυροι ήταν η πρώτη επιτυχημένη αμνιακή ομάδα, ικανή να αποικίσει ηπειρωτικά εσωτερικά που είχαν φτάσει φυτά και έντομα δεκάδες εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα. Ωστόσο, η εποχή που οι πελυκόσαυροι ήταν επιτυχημένοι, η Πρώιμη Πέρμια, ήταν επίσης μια εποχή μεγάλων ερήμων, καθώς όλες οι ήπειροι του κόσμου είχαν συγχωνευθεί στην υπερήπειρο Παγγαία, η οποία περιλάμβανε σχεδόν όλη την ξηρά μάζα του κόσμου. Το εσωτερικό της Πανγαίας θα ήταν η μεγαλύτερη έρημος που είχε δει ποτέ ο κόσμος. Για το λόγο αυτό, η τέχνη που απεικονίζει ανακατασκευές πελυκόσαυρων συχνά τους δείχνει σε φόντο που μοιάζει με έρημο, αν και πολλές ομάδες πελυκόσαυρων πιθανότατα ζούσαν σε δάση.
Οι πελυκόσαυροι συγκεντρώνονται περιστασιακά με δεινόσαυρους, ειδικά όταν απλοποιούν τα πράγματα για τα παιδιά, αλλά οι ενήλικες πρέπει να γνωρίζουν ότι δεν υπάρχει σχέση μεταξύ δεινοσαύρων και πελυκόσαυρων εκτός από το ότι και οι δύο ήταν η κυρίαρχη μορφή ζωής στη Γη για μια περίοδο. Παρά την περιστασιακά ερπετική εμφάνισή τους, οι πελυκόσαυροι ήταν συναψίδια, όχι σαυροψίδια (ερπετά), και στην πραγματικότητα οι πρόγονοι των θηλαστικών. Μια ομάδα πελυκόσαυρων, οι θεραψίδες, απέκτησαν χαρακτηριστικά πολύ θηλαστικών και μετά από περισσότερα από εκατό εκατομμύρια χρόνια, παρήγαγαν τα πρώτα αληθινά θηλαστικά. Όλοι οι πελυκόσαυροι πέθαναν πριν από το τέλος της Πέρμιας, γλιτώνοντάς τους από τη μαζική εξαφάνιση στο τέλος της.