Dimetrodon wordt vaker aangezien voor een dinosaurus dan enig ander prehistorisch reptiel — maar het feit is dat dit schepsel (technisch gezien een soort reptiel dat bekend staat als een "pelycosaur") leefde en stierf tientallen miljoenen jaren voordat de eerste dinosaurussen zelfs maar geëvolueerd. Feiten over dimetrodon zijn fascinerend.
Hoewel het oppervlakkig gezien op een dinosaurus lijkt, was dimetrodon eigenlijk een soort prehistorisch reptiel dat bekend staat als een pelycosauriër, en het leefde tijdens de Perm periode, ongeveer 50 miljoen jaar vóór de eerste dinosaurussen was zelfs geëvolueerd. Pelycosauriërs zelf waren nauwer verwant aan therapsiden, of 'zoogdierachtige reptielen', dan aan de archosauriërs die de dinosauriërs voortbrachten — wat technisch gezien betekent dat dimetrodon dichter bij een zoogdier dan bij een dinosaurus.
Gezien zijn prominente zeil, is het een vreemd feit dat dimetrodon werd genoemd (door de beroemde Amerikaanse paleontoloog Edward Drinker Cope) na een van zijn meer obscure kenmerken, de twee verschillende soorten tanden ingebed in zijn kaken. Het tandarsenaal van dimetrodon omvatte scherpe hoektanden aan de voorkant van zijn snuit, ideaal om in te graven trillende, vers gedode prooi, en knippende tanden in de rug voor het vermalen van taaie spieren en stukjes bot; zelfs dan nog zou het tandarsenaal van dit reptiel geen partij zijn geweest voor dat van de roofzuchtige dinosaurussen die tientallen miljoenen jaren later leefden.
Zoals hierboven vermeld, was het meest onderscheidende kenmerk van dimetrodon het gigantische zeil van deze pelycosaur, dat niet meer werd gezien tot het kapornament van het middelste Krijt. spinosaurus. Aangezien dit langzaam bewegende reptiel vrijwel zeker een koelbloedig metabolisme, heeft het zijn zeil waarschijnlijk ontwikkeld als een temperatuurregulerend apparaat, waarmee het overdag waardevol zonlicht opzuigt en 's nachts overtollige warmte afvoert. Ook in de tweede plaats kan dit zeil een seksueel geselecteerde eigenschap zijn geweest; zie onder.
Voor het ongetrainde oog, de 200-pond edafosaurus ziet eruit als een verkleinde versie van dimetrodon, compleet met kleine kop en geminiaturiseerd zeil. Deze oude pelycosauriër leefde echter voornamelijk van planten en weekdieren, terwijl dimetrodon een toegewijde vleeseter was. Edaphosaurus leefde iets voor de gouden eeuw van dimetrodon (tijdens de late Carboon en vroege Perm-periodes), maar het is mogelijk dat deze twee geslachten elkaar kortstondig overlappen — wat betekent dat dimetrodon op zijn kleinere neef heeft gejaagd.
Een van de belangrijkste kenmerken die de eerste echte dinosaurussen onderscheidden van de archosauriërs, pelycosauriërs en therapsiden die hen voorafgingen, was de rechtopstaande, "opgesloten" oriëntatie van hun ledematen. Dat is de reden waarom (onder andere) we er zeker van kunnen zijn dat dimetrodon geen dinosaurus was: dit reptiel liep met een duidelijk wandelende, wijdbeens, krokodilachtigen gang, in plaats van de rechtopstaande verticale houding van de viervoetige dinosaurussen van vergelijkbare grootte die tientallen miljoenen jaren later evolueerden.
Zoals het geval is met veel prehistorische dieren die in de 19e eeuw zijn ontdekt, heeft dimetrodon een buitengewoon gecompliceerde fossiele geschiedenis. Bijvoorbeeld, een jaar voordat hij dimetrodon noemde, gaf Edward Drinker Cope de naam clepsydrops aan een andere fossiele specimen opgegraven in Texas — en ook de nu gesynonimiseerde genera theropleura en embolophorus opgericht. Twee decennia later richtte een andere paleontoloog nog een onnodig geslacht op, de nu afgedankte bathyglyptus.
Dankzij het feit dat er zoveel dimetrodon-fossielen zijn ontdekt, theoretiseren paleontologen dat er een essentieel verschil was tussen de geslachten: volwassen mannetjes waren iets groter (ongeveer 15 voet lang en 500 pond), met dikkere botten en meer prominent zeilen. Dit ondersteunt de theorie dat het zeil van dimetrodon op zijn minst gedeeltelijk een seksueel geselecteerd karakteristiek; mannetjes met grotere zeilen waren aantrekkelijker voor vrouwtjes tijdens het paarseizoen, en hielpen dus om deze eigenschap door te geven aan volgende bloedlijnen.
In de tijd dat dimetrodon leefde, moesten reptielen en hagedissen hun dominantie over hun onmiddellijke evolutionaire voorgangers, de amfibieën van grote maten uit het vroege Paleozoïcum, nog doen gelden. In het zuidwesten van de VS deelde dimetrodon bijvoorbeeld zijn leefgebied met de zes meter lange eryops van 200 pond en de veel kleinere (maar veel bizarder ogende) diplocaulus, wiens hoofd doet denken aan een gigantisch Perm boemerang. Pas tijdens het daaropvolgende Mesozoïcum werden amfibieën (en zoogdieren en andere soorten reptielen) aan de zijlijn gestuurd door hun gigantische afstammelingen van dinosauriërs.
Er zijn niet minder dan 15 genoemde soorten dimetrodon, waarvan de overgrote meerderheid is ontdekt in Noord-Amerika, en een meerderheid van die in Texas (slechts één soort, NS. teutonis, komt uit West-Europa, dat honderden miljoenen jaren geleden verbonden was met Noord-Amerika). Een derde van deze soorten is genoemd door de beroemde dinosaurusjager Edward Drinker Cope, wat kan helpen om: uitleggen waarom dimetrodon zo vaak wordt geïdentificeerd als een dinosaurus in plaats van een pelycosauriër, zelfs door mensen die het zouden moeten weten beter!
Als je toevallig een eeuwenoude afbeelding van dimetrodon ziet, is het je misschien opgevallen dat deze pelycosauriër is afgebeeld met slechts een klein staartstompje — de reden zijnde dat alle dimetrodon-exemplaren die aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw werden ontdekt, geen staarten hadden, waarvan de botten werden losgemaakt na hun sterfgevallen. Pas in 1927 leverde een fossielbed in Texas de eerste geïdentificeerde staartdimetrodon op, waardoor we nu weten dat dit reptiel redelijk uitgerust was in zijn lagere regionen.