Archaeothyris oli varhaisin selvä synapsidi. Se eli myöhäiskarbonaalikaudella, noin 306 miljoonaa vuotta sitten. Synapsideille tyypillinen piirre näkyy sen kallossa: yhden ajallisen aukon (temporalinen aukko) läsnäolo kallon sivulla, mikä erottaa synapsidit sauropsideista (matelijoiden ja lintujen kantamuodoista). Archaeothyris oli pienikokoinen lihansyöjä; sen kokonaispituus oli arviolta alle metri. Kallon rakenne ja hampaat — mm. eriytyneitä, koiranhammasmaisia etuhampaita — viittaavat petomaiseen ruokavalioon ja kehittyneempään leukamekanismiin verrattuna varhaisiin amnioteihin.
Se löydettiin Nova Scotiasta samalta paikalta kuin Hylonomus ja Petrolacosaurus, jotka ovat Archaeothyriksen kaltaisia, mutta todennäköisesti sauropsideja. Fossiilit kertovat elinympäristöstä: myöhäiskarbonaalikauden kosteista hiilikeitaista metsistä, joissa kasvoi suuria kortisammalia ja muita varhaisia maaekosysteemin lajeja. Näissä ympäristöissä kehittyivät varhaiset amniotit ja niiden erilaistuminen eri suuntiin — synapsideiksi ja sauropsideiksi — tapahtui juuri tällaisissa elinympäristöissä.
Protoclepsydrops on hieman vanhempi, mutta sen asema synapsidina on epäselvä, koska jäännökset ovat hajanaisempia. Tällaiset sirpaleiset löydöt vaikeuttavat tarkkaa luokittelua: pienet luunpalan palat ja hammasfragmentit eivät aina paljasta kaikkia diagnostisia piirteitä, joita tarvitaan varmaan sijoitteluun evolutiiviseen sukupuuun.
Miksi Archaeothyris on tärkeä? Se kuuluu varhaisimpiin tunnetuihin synapsideihin, ja sen morfologia antaa tietoa siitä, miten synapsidinen kehityslinja alkoi eriytyä muista amnioteista. Synapsidit ovat tärkeä ryhmä, koska ne johtavat lopulta nisäkkäisiin; tutkimalla varhaisia edustajia kuten Archaeothyris tutkijat saavat tietoa nisäkäsmäisten piirteiden alkutaipaleesta — mm. leukojen ja hampaiston eriytymisestä sekä aivojen ja aineenvaihdunnan muutoksista, jotka myötävaikuttivat myöhempiin nisäkäsmäisiin ominaisuuksiin.
Fossiiliset löydöt Nova Scotian kerrostumista tarjoavat ikkunan myöhäiskarbonaalikauden elämään: ne näyttävät, miten varhaiset maaekosysteemit olivat rakennettuina ja millaisia ekologisia lokeroita varhaiset amniotit valtasivat. Archaeothyris on siksi keskeinen laji, kun halutaan ymmärtää amniotien varhaista evoluutiota ja synapsidien syntyä.