Las relaciones filogenéticas entre los paleognatos han sido materia de controversias por décadas, existiendo hoy en día certeza sólo de la monofilia del grupo, la de los tinamúes y la del clado conformado por los emúes y los casuarios. Las relaciones del resto de los paleognatos han generado dos posturas, de las cuales las ratites podrían ser un grupo monofilético o polifilético.^[3]​^[4]​^[5]​^[6]​ Por otra parte, la posición de los grupos extintos (moas y pájaros elefantes) es aún incierta, aunque los últimos estudios moleculares indican que las moas son el grupo hermano de los tinamúes.^[7]​

Respecto a la radiación de los paleognatos existen dos hipótesis; la primera establece que se diversificaron en Gondwana durante el período Cretácico, generándose posteriormente los patrones de distribución actuales como consecuencia de la deriva continental; la segunda hipótesis plantea que la radiación evolutiva tuvo lugar después de la extinción masiva del Cretácico-Terciario (evento K-T), originándose cada uno de los clados a partir de ancestros voladores, de los cuales sólo los tinamúes conservaron esa condición. La primera hipótesis es avalada por los estudios de relojes moleculares, pero no concuerda con el registro fósil al no existir datos de paleognatos del Cretácico. La segunda hipótesis es respaldada tanto por análisis moleculares como por el registro fósil, pero es desacreditada por estudios morfológicos como el de Livezey & Zusi (2007).^[8]​

A partir de Hackett et al. (2008) y Harshman et al. (2008), las ratites según todos los estudios moleculares son un grupo polifilético, al obtenerse en los resultados a los tinamúes dentro de este grupo.^[3]​^[9]​^[10]​^[11]​^[12]​^[13]​^[7]​

Cladograma basado en Mitchell et al. (2014).^[14]​

Los paleognatos se clasifican de la siguiente manera:^[1]​^[15]​

Palaeognathae Pycraft, 1900

• Familia Lithornithidae Houde, 1988 †
• Orden Struthioniformes Latham, 1790
  • Familia Struthionidae Vigors, 1825
• Clado Notopalaeognathae Yuri et al., 2013
  • Orden Rheiformes Forbes, 1884
    • Familia Rheidae Bonaparte, 1853
  • Orden Tinamiformes Huxley, 1872
    • Familia Tinamidae Gray, 1840
  • Orden Dinornithiformes Bonaparte, 1853 †
    • Familia Dinornithidae Owen, 1843
    • Familia Emeidae Bonaparte, 1854
    • Familia Megalapterygidae Bunce et al., 2009
  • Clado Novaeratitae Yuri et al., 2013
    • Orden Apterygiformes Haeckel, 1866
      • Familia Apterygidae Gray, 1840
    • Orden Aepyornithiformes Newton, 1884 †
      • Familia Aepyornithidae Bonaparte, 1853
    • Orden Casuariformes Forbes, 1884
      • Familia Casuariidae Kaup, 1847
      • Familia Dromaiidae Huxley, 1868

Bibliografía