La clasificación de los talasodrómidos es controvertida. Algunos estudios, incluyendo uno hecho por Lü y colaboradores en 2008, han hallado que los talasodrómidos están más cercanos a los azdárquidos que a los tapejáridos,^[2]​ y los han colocado en su propia familia (la cual ha sido a veces denominada como Tupuxuaridae,^[3]​ aunque la subfamilia Thalassodrominae fue nombrada antes^[1]​). Alternativamente, ellos se han considerado una subfamilia (Thalassodrominae) dentro de Tapejaridae.^[4]​

Abajo se presentan dos cladogramas alternativos, resultando de estudios de las relaciones de los azdarcoides. El primero, presentado por Felipe Pinheiro y colaboradores en 2011, halló que los talasodrómidos como un subgrupo dentro de Tapejaridae. El segundo, presentado por Lu y colaboradores en 2008, los consideró como cercanos a los Azhdarchidae.