Dimetrodon was een pelycosaurus (vroege Synapsida) uit het eerste deel van de Permaanse periode (ongeveer 295-272 miljoen jaar geleden).
Dimetrodon liep op vier poten en had een hoge, gebogen schedel met grote tanden van verschillende grootte langs de kaken. De meeste fossielen zijn gevonden in het zuidwesten van de Verenigde Staten, van rode bedden in Texas en Oklahoma. De grootste bekende soort Dimetrodon is D. angelensis op 4,6 meter en de kleinste is D. teutonis op 60 centimeter.
Dimetrodon was een carnivoor, waarschijnlijk het top roofdier in zijn omgeving. Zijn belangrijkste kenmerk is het grote zeil op zijn rug, gevormd door langwerpige stekels die zich vanaf de wervels naar boven uitstrekken. De stekels zouden met elkaar verbonden zijn door de huid. De algemene mening van paleontologen is dat het een temperatuurregulerend apparaat was. Het idee is dat het dier zich in de vroege ochtend zou kunnen opwarmen door zich in de schaduw te plaatsen, en later in de schaduw zou kunnen afkoelen, of zijn lichaam minder zonlicht zou kunnen laten krijgen. In dit stadium van de evolutie waren geen landdieren homoiothermen. Zeer waarschijnlijk werd het zeil ook gebruikt voor seksuele of territoriale signalering. In dat geval zou de huid gekleurd zijn. Dit is natuurlijk een veronderstelling, maar het is wel de meest bijzondere eigenschap van het dier.
In evolutionaire termen was Dimetrodon een synapide, een lijn van landdieren die uiteindelijk aanleiding gaf tot de zoogdieren. Het was niet op de directe lijn van de afdaling, maar een goed voorbeeld van de evolutionaire rang die typisch is voor de Permaanse synapsen.
