Рыбоподобные рептилии жили только в соленой воде, питались аммонитами, белемнитами, кальмарами, рыбой, ракообразными и более мелкими рептилиями. Особенности питания разных видов ихтиозавров прослеживались в строении челюстей. Те, что питались аммонитами, имели массивные челюсти с тяжелыми зубами. Рептилии, которые предпочитали рыбу, отличались более тонким и вытянутым строением челюстей со множеством мелких конических зубов.

Ихтиозавры обладали самыми крупными глазами среди всех позвоночных животных — они достигали 20 см в диаметре. Огромное глазное яблоко поддерживали особые пластинки, которые имелись у многих животных, но у ихтиозавров они окостеневали. Некоторые ученые считают, что такие приспособления были необходимы для охоты на глубинах с большим давлением и малым количеством света. 

Ящер разгонялся в толще воды при помощи быстрых движений мощного хвоста, а для маневренности подключал превратившиеся в ласты конечности. Анатомически ласта представляла собой соединенные между собой пальцы: у ихтиозавров их могло быть по 10 в каждой конечности, при этом в пальце насчитывалось до 30 фаланг. 

Быстрый обмен веществ и слой подкожного жира позволяли ихтиозавру поддерживать постоянную температуру тела около 35–39 °C, что было важно при погружении на глубину в 1,5 км, куда опускались некоторые виды ихтиозавров. Эти рептилии были живородящими: в каждом помете появлялось около десятка вполне самостоятельных детенышей. В зависимости от вида взрослые особи рыбоящеров могли вырастать до 23 м в длину, но в большинстве своем не превышали 2–4 м. 

Глобальное потепление в середине мелового периода повлекло за собой обеднение кислородом океанических вод. В результате цепочка событий привела к «аноксидной катастрофе»: ихтиозавры не смогли приспособиться к новым экологическим условиям и вымерли.