恐龍在中生代結束時大滅絕事件是發生在整個族群仍然處於其多采多姿，繁盛的巔峰期，其整個族群遍存全世界，仍然缺少強而有力的競爭對手。它們似乎在白堊紀結束前演出最絢麗的一場大戲，然後，消逝的無影無蹤。這個地史上五大生物滅絕事件之一，真是一個突如其來而且神祕傳奇的事件，沒有人真正能一探其究竟。許多科學家研究地史上的這一個事件，而提出了各式各樣的理論與假說。
在自然界中，生物的滅絕消逝乃持續不停的發生，有些滅絕純然是肇因於生物性的因素，像是生物種之間彼此為食物，生活空間與其它資源而競爭。但是許多的滅絕，或許可以說大部份的滅絕乃是肇因於物理（自然）環境的改變所致，像是氣候的改變，或者由於板塊漂移及海水面昇降變化而造成的地理的改變。假若地球及其物理（自然）環境過去是恆久穩定而未變的，那麼很可能不會發太多的大規模滅絕事件，因而，演化變異的速率或許也會減緩。
各種不同有關於恐龍大滅絕理論被提出，然而沒有一個假說能夠被普遍一致性的接受。這些假說基本上可以歸納成兩個主流：第一個假說認為恐龍的大滅絕是歸因於地球之外的大災難所影響，像是隕石慧星的撞擊（天外火球來襲），或者超級的太陽系燃燒結果，這種理論被稱之為〝宇宙災難說〞。這個說法是推測天外火球（慧星或者隕石）穿透大氣圈而直接撞擊到地球表面，破壞了整個溫室效應與生態系。根據這個假說，恐龍的滅絕是快速而完全掃盪式的。前面提到，自然物理環境的擾動對生物滅絕至關緊要。而地球之外宇宙的現象與影響或許間接的改變了氣候型態與板塊的運作。這種類型的撞擊，或許造成大規模的滅絕，使其在撞擊瞬間就增加全球氣溫的急速上昇。隨之而來的，充滿了稀有金屬元素的灰燼瀰漫大氣之中，遮天避日使光合作用停止，也同時阻礙了植物的生長。依賴植物為食的動物將面臨饑荒而死亡，影響所及，使生物鏈上層的肉食性動物面臨困境。當然，在撞擊瞬間，對動物與植物族群而言都是難以形容的大災難。
直到最近，這個理論仍然難以獲得科學家大力的支持與接受。這個理論必需要致使許多種類生物群體的普遍遭難，同時需要證實滅絕事件是極短暫，瞬間發生的。而那些沒有能夠越過白堊紀界線存活的生物族群，似乎仍然缺乏有力的數據來證實這個情景。
而另一主流思想是認為仍然強調地球本身因素，而推定恐龍的滅絕事實上是逐漸發生的過程。地質紀錄顯示了，在白堊紀晚期有許多環境改變徵兆。例如：大陸塊漂移裂解；山脈的形成聳立；海水面明顯的降落；氣候逐漸的變成嚴寒。而哺乳動物這時候可能變成為恐龍在生態系中強而有力的競爭對手了。
在哺乳動物與爬行動物之間一個重要的差異，是哺乳動物為內溫型，能生產自身足夠的熱量維持其一定的體溫；而恐龍（屬爬行動物）無法有這種機制，因此是外溫型的冷血動物。這就是為什麼任何氣溫的變冷將對爬行動物造成致命的傷害，而對哺乳動物的影則全然不同。結果，可能在白堊紀結束前，恐龍失去了和哺乳類競爭求生存的能力。一種理論被稱之為過度適應理論，意即在經過非常漫長的時程，恐龍生活在相對穩定狀態下與環境的互動，導致了幾乎全然的適應，因此，伴隨了脆弱而易受損傷的生理結構，這顯露在非常狹窄的生態環境，侷限於某些緯度之內生存的現象。這可是由於器官及機能高度退化所造成的結果。因而，恐龍持續適應於正常生活方式的能力，在碰到中生代晚期條件驟然改變時，它們減弱或者竟至完全失去競爭求生存的能力。所有這些因素，可能直接的或間接的導致恐龍最終在其一億六千萬年的大舞台上謝幕下台。
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