Actualmente se reconocen entre cuatro a seis especies de Pliosaurus, cuatro de las cuales son conocidas de la Formación Kimmeridge Clay de Inglaterra.46 La validez de las especies citadas a continuación depende de los autores:
Pliosaurus brachydeirus, Pliosaurus brachyspondylus y Pliosaurus macromerus son conocidos del Kimmeridgiense de Inglaterra.6 Los restos de Pliosaurus brachydeirus fueron descubiertos en el sur de Inglaterra, y constituye la especie tipo de Pliosaurus. El nombre de esta especie significa "de cuello corto". Esto se debe al hecho de que Owen, al describir el género en 1841, comparó su constitución física con la de los típicos plesiosauros de cuello largo.
En cuanto a P. brachyspondylus, su nombre de especie significa "vértebra corta", debido a que su principal característica es el hecho de que las primeras vértebras cervicales son más cortas que las posteriores. Por tanto, el cuello era probablemente más corto que el las otras especies. Esto puede estar asociado con el hecho de tener una cabeza más grande. Owen describió a esta especie en 1839.
Pliosaurus macromerus (que significa "fémur grande") es conocido a partir de varios fósiles (incluyendo dientes de 10 centímetros, el cráneo, la mandíbula, y restos bien preservados del miembro posterior de dos metros de largo) que sugieren que era de gran tamaño. Sin embargo, su pertenencia al género Pliosaurus no es clara. Tarlo lo incluyó en un género separado, Stretosaurus debido a la constitución del hombro, aunque el hallazgo de un espécimen mejor preservado indicó que este era el ilion.7 La forma de este fue la base para asignar al animal al género Liopleurodon. No obstante, la forma de sus dientes indicaría que si pertenece a Pliosaurus.
La especie Pliosaurus andrewsi fue nombrada en honor del paleontólogo C.W. Andrews. De acuerdo con Martilla constituye una forma grande del género Peloneustes, y según Knutsen (2012) no hay razón para clasificarlo dentro del género Pliosaurus.6
Pliosaurus portentificus procede de finales del Kimmeridgiense de Inglaterra. Es considerado por Knutsen (2012) como un nomen dubium, dado que su espécimen holotipo muy probablemente pertenece a un individuo juvenil de alguna de las otras especies de Pliosaurus6
Pliosaurus rossicus es un pliosaurio relativamente pequeño conocido a partir de dos especímenes descubiertos en Chuvashia, Rusia. Knutsen (2012) lo retuvo provisionalmente como una especie separada, pero subrayó que se necesitan exámenes adicionales para determinar si P. rossicus es ciertamente un taxón separado o meramente un sinónimo menor de Pliosaurus macromerus.6 Esta especie fue descrita en 1948 como una especie de Pliosaurus;8 y fue más adelante convertida en la especie tipo del género Strongylokroptaphus,9 y posteriormente asignado al género Liopleurodon10 antes de ser nuevamente asignado al género Pliosaurus por Knutsen (2012).6
P. rossicus (derecha) acosando a Leedsichthys problematicus
La especie Pliosaurus funkei, fue conocida anteriormente con el sobrenombre de Depredator X cuando era apenas referido como un pliosaurio depredador marino extinto de gran talla.11 En marzo de 2009 el Museo de Historia Natural de Oslo anunció el descubrimiento del fósil de una criatura posiblemente perteneciente al género Pliosaurus,12 que se estimó medía más de 15 metros, y pesaba una 45 toneladas, con lo que sería el mayor depredador de la historia,11 aunque su tamaño es comparativamente menor que el de algunas estimaciones del Carcharodon megalodon, el tiburón blanco con dientes gigantes, aunque estas varían notablemente, con un largo comprendido entre los 12 y 20 metros, y masas corporales de hasta 77 toneladas,13 Los investigadores encargados de estudiarlo han declarado que su anatomía y su estrategia de caza lo convierten en [...] el animal más peligroso de todos los mares.14 Los restos de la criatura, que vivió hace unos 147 millones de años, son exhibidos en el Museo de Historia Natural de Oslo.
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