Figura. El cráneo de Dimorphodon

El cráneo de Dimorphodon conserva una arquitectura claramente basal dentro de Pterosauria, con una cabeza proporcionalmente grande, un rostro relativamente corto y una intensa fenestración craneal. Se distinguen una amplia narina externa, una fenestra anteorbital separada de ella, una gran órbita y las aberturas temporales posteriores. Esta separación entre narina y fenestra anteorbital corresponde a la condición bifenestrada, característica de varios pterosaurios tempranos y distinta de la gran fenestra nasoanteorbital de los pterodactiloideos más derivados. Las barras óseas entre las aberturas mantienen la resistencia estructural mientras reducen la masa de la cabeza.

La dentición de Dimorphodon es especialmente importante porque refleja una marcada heterodoncia. En la región anterior de las mandíbulas aparecen dientes grandes, cónicos y puntiagudos, mientras que hacia atrás los dientes son considerablemente más pequeños y numerosos. Esta diferenciación indica que distintas regiones del aparato mandibular podían desempeñar funciones diferentes durante la captura y manipulación del alimento. Los dientes anteriores serían adecuados para sujetar o perforar presas, mientras los posteriores podrían ayudar a retenerlas. La mandíbula inferior es relativamente profunda y presenta también una abertura lateral, contribuyendo al aligeramiento del aparato mandibular.

La combinación de un cráneo voluminoso, amplias fenestras y una dentición especializada muestra que los primeros pterosaurios ya poseían una considerable complejidad funcional. El rostro corto contrasta con los cráneos extremadamente elongados de numerosos pterodactiloideos cretácicos, y la gran órbita sugiere una importante capacidad visual. La morfología craneal de Dimorphodon, junto con su larga cola y otras características postcraneales, permite reconocer una fase temprana de la evolución de los pterosaurios voladores, anterior a la reducción de la cola, la elongación del rostro y la integración de narina y fenestra anteorbital propias de muchos linajes derivados.