Dimetrodon, (geslacht Dimetrodon), uitgestorven verwant van primitieve zoogdieren die wordt gekenmerkt door een grote, rechtopstaande, zeilachtige structuur op zijn rug. Dimetrodon leefde van ongeveer 286 miljoen tot 270 miljoen jaar geleden, tijdens de Permperiode, en er zijn fossielen van het dier gevonden in Noord-Amerika.
Dimetrodon was een carnivoor die meer dan 3,5 meter lang werd en een groot “zeil” op zijn rug had dat waarschijnlijk diende voor de temperatuurregeling. Het zeil werd vermoedelijk gevormd door langgerekte wervelkolomwervels die verbonden waren door een membraan met vele bloedvaten. De schedel van Dimetrodon was hoog en smal, en het gebied voor de ogen was lang. De vele tanden waren gedifferentieerd in verschillende maten.
Een soortgelijk zeil wordt aangetroffen bij de verwante maar herbivore Edaphosaurus, een herbivoor met een kleinere kop en bescheidener tanden. Gezien het fysiologische belang van thermoregulatie rijst de vraag waarom de verschillende leden van de taxonomische groep van Dimetrodon en Edaphosaurus, de Pelycosauria, geen zeilen hadden. Pelycosauriërs waren geen dinosauriërs en waren in feite zelfs geen reptielen. Hoewel pelycosauriërs aan het eind van het Perm uitstierven, is het waarschijnlijk dat therapsiden, een groep waartoe uiteindelijk de zoogdieren zouden behoren, afstamden van pelycosauriërs die vergelijkbaar waren met Dimetrodon.