有许多海洋动物繁盛于侏罗纪时期，它们的物种多到从小型的海底居住者到大型掠食者。尽管在侏罗纪时期它们的种类和数量都有所增加，但多数动物同在三叠纪发现的海洋动物相当类似。

现代鲨鱼家族在这一时期得到发展，具有对称尾巴的硬骨鱼类变得多元化（它们占了现代鱼类的绝大多数——超过20000种）。首个牡蛎进化，现代鱿鱼和乌贼出现，类鱿鱼的箭石变得多元化。菊石在三叠纪后期生物灭绝时期几乎消失；八个族系中的一个家族得以存活，在侏罗纪时期快速地变得多元。

鱼龙，如鱼龙和狭翼鱼龙（Stenopterygius），在侏罗纪时期的海洋兴盛起来。蛇颈龙也很丰富，比如海鳗龙（Muraenosaurus），颈长11米（包括40个椎体）的侏罗纪后期爬行动物；滑齿龙（Liopleurodon），脖子很短但是头大且长的短颈上龙，长约12米，头部就有3米。