La radiazione adattativa dei Teleostei è stata caratterizzata dall'evoluzione di alcune caratteristiche chiave nell'organizzazione del corpo, che sono utilizzate nella classificazione.
Una delle tendenze principali è quella verso l'accorciamento del corpo; i gruppi più primitivi di Teleostei (Osteoglossomorfi) si caratterizzano infatti per avere corpo allungato con 50-60 vertebre, mentre nei taxa più evoluti il corpo è accorciato e il numero di vertebre si è ridotto a 20-30 vertebre.
Le pinne, sia nella struttura che nella posizione sul corpo, si sono profondamente modificate. Le pinne impari, in origine sostenute da raggi molli, sono caratterizzate, nelle specie più evolute, da raggi spinosi nella parte anteriore. La pinna dorsale inoltre, che era in origine a base corta e con raggi molli, si è consistentemente allungata.
Anche le pinne pari hanno mostrato un trend evolutivo ben definito: le pettorali, in origine in posizione bassa sui fianchi, si sono spostate più verso l'alto e la loro attaccatura da quasi orizzontale è diventata più verticale, aumentando di molto la capacità di movimento e oscillazione di queste pinne nello spazio. Le ventrali, che in origine erano poste in posizione addominale, si spostano verso la parte anteriore del corpo.

Le scaglie nei pesci meno evoluti sono di tipo cicloide e sono sostituite da scaglie ctenoidi, dalla struttura più complessa.
Anche la vescica natatoria è andata incontro a cambiamenti consistenti. Nei Teleostei meno evoluti esiste una connessione (dotto pneumatico) tra vescica natatoria e il tratto digerente che può essere utilizzata come valvola di scarico. In molti Teleostei evoluti (es. Perciformi) la connessione con il tratto digerente scompare, il riempimento e lo svuotamento della vescica dipende dall'attività di aree di tessuto della vescica stessa, specializzate nella produzione di gas (corpo rosso) o nel riassorbimento del medesimo (area ovale).

In base a queste ed altre caratteristiche si possono distinguere 4 gruppi principali di Teleostei considerati monofiletici e cioè che riuniscono, ciascuno, i discendenti di un antenato comune:
- gli Osteoglossomorfi
- gli Elopomorfi
- i Clupeomorfi
- gli Euteleostei.

Gli Osteoglosomorfi costituiscono il gruppo più primitivo, simile a molti Actinopterigi del Mesozoico. Alcune specie hanno lingua ossea e mostrano caratteristiche di primitività nelle ossa del cranio e nella posizione dei denti.
Sono specie di acqua dolce, tra cui si possono ricordare i Mormiridi, che hanno capacità di produzione di scariche elettriche e l'Arapaima gigas dei fiumi del Sud America, che può raggiungere 2.5 mt di lunghezza.


Gli Elopomorfi comprendono una varietà di ordini con specie estremamente diverse tra loro nella morfologia del corpo, tra cui le anguille (Ordine Anguilliformi), le murene (Ordine Mureniformi), il tarpon (Megalops atlanticus), che è un pesce di grandi dimensioni (fino a 150 kg di peso e 2.5 m di lunghezza) diffuso lungo le coste americane atlantiche dell'Ordine degli Elopiformi. Ciò che unisce specie così differenti tra loro è la fase larvale costituita dal leptocefalo.

I Clupeomorfi comprendono sardine, acciughe, aringhe e altri pesci che conducono vita pelagica e che fanno parte dell'Ordine dei Clupeiformi.
Queste specie hanno caratteristiche di primitività nelle pinne e hanno la vescica natatoria che si estende in avanti all'interno del cranio e termina in piccole vesciche ossificate (bullae).


Infine gli Euteleostei costituiscono un grande raggruppamento che comprende 32 Ordini e oltre 22.000 specie.