对恐龙的研究基本上都是基于已经发现的化石。如今，古生物学家通过先进仪器不用破坏化石就可以看到其内部，而且也可以看到过去不可能检视的内部细微构造。这可以让我们了解恐龙的生活方式、食物、成长和行动方式等，并且得知恐龙的进化谱系。
恐龙化石解剖学
恐龙化石解剖学可以给我们提供化石恐龙本身可能的生活方式或构造的信息，还能提供该恐龙所属的类群进化的相关信息。古生物学家可以拿某种动物的骨头来与相似类型的骨头做比较，从而阐述物种间的进化谱系关系。虽然化石恐龙的肌肉、器官等柔软组织是不可能变成化石保存下来的，但也可以用现代动物的解剖构造来与化石恐龙比较对照并推断出来。
恐龙的控制系统
交感神经系统和荷尔蒙系统一起协调恐龙身体的功能。绝大多数蜥脚类恐龙的脑部都很小，有些小型的兽脚类恐龙的脑部却比较大并且比较复杂。大型的兽脚类恐龙之一暴龙具有一个专为控制四肢运动、处理视觉与嗅觉讯息而设计的脑部，但它的大脑（即思考的部位）却非常小。
恐龙的心肺系统
兽脚类恐龙或许拥有高效率的心脏，以保持较高的体温。蜥脚类的恐龙庞大的身躯可以贮存足够的太阳热能，使它们在整个夜晚都保持温暖。恐龙的心肺系统在执行功能上，可能类似人类的温血系统或爬行类的冷血系统。
恐龙的柔软组织
恐龙身上的柔软组织主要包括肌肉、消化系统等。其骨骼之间以韧带相连，成对而相抗衡的肌肉通常是由筋腱附着在骨骼上，以收缩和放松的方式使四肢来回移动。恐龙的消化系统由盘旋的肠子所组成，肉食性恐龙拥有相当短而简单的消化道；草食性恐龙则需要长而复杂的肠子，以便分解植物纤维、身体的废物等。精子和卵也都经由泄殖腔排出体外。
恐龙的骨架
恐龙骨架的功能主要在于支撑用来运动的肌肉，并保护大脑、心脏和肺等内部器官，以及安置制造血液的骨髓。不同类群的恐龙会有特化的骨骼，如兽脚类恐龙大头颅里巨大的颞孔，可以减轻不必要的重量。
颅骨和牙齿
通过观察恐龙化石的眼球、鼻组织和耳部就可以了解恐龙的感觉器官。牙齿显示出化石恐龙的生活方式，例如肉食性恐龙的牙齿通常有锐利的边缘或具有圆锥形尖齿，植食性恐龙的牙齿则有叶状或扁平的咀嚼齿，不同恐龙口中的齿列形态也可以提供恐龙觅食方式的信息。
古病理学
研究古代疾病和伤害的学问称为古病理学，这种研究主要是通过保存下来的骨头进行的。比如说，如果化石动物的骨头出现病变或特殊的增长，就代表这个动物生前可能曾经患病或受伤。如果某个化石物种有许多个体经常性地出现某些特征，就可以推断出它们某一方面的生活。
电脑断层摄影
电脑断层摄影不需要破坏标本就可以看到化石颅骨的内部构造，平常需要剖开化石才能检视的细部构造，现在用电脑断层摄影就能轻易做到。传统的X射线会把物体压缩成单一平面，而电脑断层摄影可以产生立体的电脑模型，在多维空间里操控。
显微镜的运用
古生物学家使用显微镜来观察化石，已经有办法研究各种化石微生物。扫描电子显微镜是功能强大的工具，可以放大物体影像达百万倍，可以看到远比过去更加细腻的化石骨头细部，这类仪器首次揭露了化石化的微生物构造，协助古生物学家更深入地了解恐龙的生活环境。