Figura. El cráneo de Plateosaurus

El cráneo de Plateosaurus conserva una organización claramente basal dentro de Sauropodomorpha, con una cabeza relativamente alargada, ligera y todavía más robusta proporcionalmente que la de los saurópodos gigantes posteriores. Presenta una gran órbita, una amplia fenestra anteorbital y las aberturas temporales propias del patrón diápsido arcosaurio. El hocico es largo y relativamente bajo, mientras que la mandíbula inferior mantiene una fenestra mandibular externa bien desarrollada. Esta combinación indica que el cráneo aún conservaba buena parte de la arquitectura ancestral de los primeros dinosaurios.

La dentición estaba formada por numerosos dientes pequeños, comprimidos y con bordes denticulados, distribuidos a lo largo de buena parte de ambas mandíbulas. Estas coronas eran más anchas que las piezas estrechas de muchos saurópodos derivados y estaban adaptadas principalmente para cortar y arrancar vegetación, no para realizar una verdadera trituración prolongada. La articulación mandibular y las superficies de inserción muscular muestran un aparato capaz de ejercer fuerzas moderadas, pero sin las complejas baterías dentales de los ornitisquios herbívoros. El alimento probablemente era procesado solo parcialmente antes de la deglución.

Desde el punto de vista evolutivo, el cráneo de Plateosaurus representa una etapa importante antes de la extrema reducción cefálica de Sauropoda. Todavía posee un rostro relativamente grande, dentición distribuida ampliamente y una cabeza proporcionalmente más pesada que la de diplodócidos o braquiosáuridos. Sin embargo, ya aparecen tendencias asociadas con la herbivoría sauropodomorfa, como la simplificación del procesamiento oral y la progresiva importancia del cuello para ampliar el alcance alimentario. Su anatomía ayuda a reconstruir la transición entre sauropodomorfos bípedos tempranos y los posteriores saurópodos cuadrúpedos de cráneo pequeño y cuello gigantesco.