Diplocaulus era un anfibio acuático que vivió hace unos 275 millones de años, en el periodo Pérmico. En esa época, la mayor parte de las masas terrestres estaban unidas en el supercontinente de Pangea, y el clima se había vuelto seco y cálido. Muchos grupos de anfibios, que necesitaban un ambiente húmedo para reproducirse, habían vuelto a una vida acuática; a uno de estos grupos, el de los nectrídeos, pertenecía Diplocaulus.

Diplocaulus fue descubierto en Texas en 1877 por el paleontólogo estadounidense Edward Drinker Cope, en la llamada "Guerra de los Huesos", un periodo de intensa búsqueda y descubrimiento de fósiles en los Estados Unidos, a finales del siglo XIX, que estuvo marcado por la rivalidad entre Cope (de la Academia de Ciencias Naturales de Filadelfia) y Othniel Charles Marsh (del Museo Peabody de Historia Natural de Yale). También se han encontrado fósiles de Diplocaulus en Marruecos.

Diplocaulus era un depredador de fuertes mandíbulas, de un metro de longitud, parecido a una salamandra de cuerpo ancho y aplanado. Sus patas eran cortas, igual que su cola, que estaba aplanada lateralmente. Tenía cinco dedos en las patas traseras y cuatro en las delanteras.

La característica más llamativa de Diplocaulus era la forma de su cabeza. Los huesos del cráneo de Diplocaulus formaban dos prolongaciones laterales que le daban a la cabeza la forma de un bumerán, con los ojos situados en la parte superior. Los experimentos realizados en túnel del viento han demostrado que la cabeza de Diplocaulus funcionaba como las alas de un avión. Se supone que Diplocaulus acechaba a sus presas (peces, invertebrados acuáticos y larvas de otros anfibios) desde el fondo de las corrientes de agua en las que vivía. Cuando Diplocaulus levantaba el hocico, la corriente de agua generaba en la cabeza un impulso ascendente que proyectaba al cazador hacia arriba en un rápido movimiento, lo que le permitía coger desprevenidas a sus presas. Además, esa cabeza tan ancha otorgaba a Diplocaulus otra ventaja: Le convertía en un bocado muy difícil de tragar incluso para los depredadores más grandes de su época, como reptiles, tiburones de agua dulce y otros anfibios.

No hay pruebas de que Diplocaulus sufriera una metamorfosis como los anfibios actuales. Sin embargo, se sabe que Diplocaulus pasaba por dos fases diferenciadas de crecimiento, y era en la segunda fase cuando crecían las prolongaciones laterales del cráneo. Las crías y los jóvenes carecían de ellas, así que probablemente tenían que recurrir a métodos más convencionales para alimentarse, y se encontraban más desprotegidos frente a los depredadores.