A hátán feszülő, rajzokon látványosan ható nagy bőrvitorla ismert ősállattá teszi, és emiatt gyakran említik a dinoszauruszok között, pedig nem volt dinoszaurusz (a pelycosaurusok jóval korábbi fejlődési fázist képviselnek). Gyakran megjelenik az ősállatokat szerepeltető filmekben. Az emlősökkel közelibb rokonságban áll,[forrás?] mint a valódi hüllőkkel(Sauropsida), a dinoszauruszokkal, a gyíkokkal vagy a madarakkal.
A Dimetrodon grandis rekonstrukciója szabadon lévő csigolyavégekkel
Korában a Dimetrodoncsúcsragadozó volt, az egyik legnagyobb testű szárazföldi állat. Hossza elérhette a 4,6 métert. Nevét azért kapta, mert koponyájában két párhuzamos, más-más funkciót ellátó fogsor helyezkedett el, a hüllőktől eltérően. Négy lábon járt, valószínűleg hasonlóan, mint a mai gyíkok, és hosszú farka volt.
A hátvitorla
Különlegessége a hátán a meghosszabbodott csigolyákból és bőrből kifejlődött vitorla (ilyen hátvitorlájuk más pelycosaurus csoportoknak is volt, mint például az Edaphosaurus). Valószínűleg az állat hőmérsékletszabályozásában lehetett szerepe, ami segített, hogy zsákmányállatainál könnyebben alkalmazkodjon a magasabb és az alacsonyabb hőmérsékletekhez, és ezáltal meghosszabbodjon a vadászatra fordítható idő is. Lehet, hogy a hátvitorla az udvarlásban és a vetélytársak elriasztásában is szerepet játszott. Bramwell és Fergett 1973-ban úgy számította egy tanulmányban, hogy egy 200 kilogrammos Dimetrodon számára a hátvitorla nélkül 205 percig tartott volna, hogy testhőmérséklete 26°C-ról 32°C-ra melegedjék fel, a vitorlával viszont 80 percbe.
