Noasauridae è definito filogeneticamente come il clade più inclusivo comprendente Noasaurus leali ma non Abelisaurus comahuensis (Wilson et al., 2003). Questo clade risulta polispecifico e naturale (monofiletico) nelle più recenti analisi filogenetiche, nonchè in Megamatrice.
Oltre a Noasaurus, sono generi riconosciuti membri di questo clade: Masiakasaurus, Laevisuchus (Carrano et al., 2002), Velocisaurus (Novas et al., 2004), e Deltadromeus (Sereno et al., 2004). Ligabueino è un genere che spesso viene incluso in questo clade, ma, probabilmente, è una forma più basale di neoceratosauro (Cau & Maganuco, in rev.).
Noasauridae appartiene ad Abelisauroidea: caratteri sinapomorfici condivisi tra noasauri e gli altri abelisauroidi sono l'ampia finestra mandibolare, l'articolazione tra dentale e surangolare, la presenza di ridotte spine neurali cervicali, la presenza di robuste lamine prezygo-epipofiseali nelle cervicali, l'omero rettilineo con testa globosa e ridotta cresta deltopettorale, l'acromio ipertrofico dello scapolocoracoide, l'intensa pneumatizzazione degli archi neurali presacrali (sia con fosse lateroventrali all'arco che dorsolaterali al canale neurale), l'articolazione "cuneo-fossa" tra ileo e pube, l'elevazione del trocantere craniale del femore che si fa "alariforme" (convergente coi tetanuri), l'ipertrofia della cresta cnemiale tibiale, la marcata asimmetria del secondo e del quarto dito del piede, e la presenza di un solco vascolare bifido (a "Y") negli unguali del piede.
I noasauridi si distinguono dagli altri abelisauroidi per la presenza di basse spine neurali cervicali poste cranialmente sull'arco, la riduzione del quarto trocantere del femore, la presenza di una cresta accessoria sul femore, la presenza di un quarto metatarsale estremamente gracile e con condili distali fortemente asimmetrici, e l'estrema compressione laterale del quarto dito del piede.
Il presunto artiglio del piede "da dromeosauro" è risultato essere della mano (Agnolin et al., 2004).
Deltadromeus, inizialmente attribuito a Coelurosauria (Rauhut, 2003) condivide con gli altri abelisauroidi i caratteri dello scapolocoracoide e dell'omero; inoltre, è un noasauride per i caratteri del femore e del piede (in particolare l'estrema riduzione nel diametro del quarto metatarsale e dei suoi condili distali). Probabilmente, dentro Noasauridae, Deltadromeus è più basale del gruppo "Velocisaurus + Masiakasaurus + Noasaurus" perchè non presenta l'estrema compressione laterale del secondo metatarsale che si osserva in quei tre generi.
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