脊椎動物亞門的一綱。至少有一部分真正的骨，頭骨有顱縫，高等硬骨魚顱縫消失。牙齒常與骨骼癒合。鰭條常有源於皮層的節。每側常有2個鼻孔。上頜咬緣常由膜骨類的前頜骨與上頜骨形成。常有鰾或功能似肺的鰾。僅少數較低等的種類腸有螺旋瓣膜。體內受精的種類相當少，僅前肛魚類雄魚頭腹側有交媾器。胚胎均不包在硬卵殼內，借助於滲透平衡和能的轉變來維持血中尿素和氧化三甲胺的低濃度（肺魚類與拉蒂邁魚屬除外）。硬骨魚綱下分4亞綱。
肺魚亞綱 此亞綱與兩棲類的許多相似性，現在常認為是趨同性演變的結果，並非相近的親緣關系。一般認為總鰭魚類是兩棲類的祖先群類。肺魚類可能始於早泥盆世。
總鰭魚亞綱 背鰭2個，偶鰭葉狀，有齒鱗；舌頜骨有懸附作用。
臂鰭魚亞綱 具菱形硬鱗及出水孔；背鰭有5～18個小鰭，各小鰭均有一鰭棘及至少一附連鰭棘的軟鰭條，胸鰭由多個硬骨的輻鰭骨支持，輻鰭骨由一軟骨化骨板及2骨條支持，而後連肩胛骨及烏喙骨；無間鰓蓋骨；有1對喉板；無鰓膜條骨；上頜骨直接牢連頭骨；腸有螺旋瓣膜；鰾有局部呼吸功能。僅有多鰭魚目。
輻鰭魚亞綱 具硬鱗、圓鱗或櫛鱗（有些無鱗）；通常無出水孔和小鰭，如有小鰭其鰭條不連鰭棘；胸鰭輻鰭骨連肩胛骨及烏喙骨；常有間鰓蓋骨及鰓膜條骨；常無喉板；無內鼻孔；頭部鼻孔位置較高。最早化石始於早泥盆世。有些學者認為多鰭魚目是輻鰭魚類的原始姐妹群。
硬骨魚類可能出現於早志留世，而可靠的化石記錄得自早泥盆世地層中，各類的起源、興衰及絕滅各有其發展歷程。彼此之間的關系及分類等級，各傢的意見也不一致。比如肺魚類是與輻鰭魚類，還是與總鰭魚類關系密切，仍是有爭議的問題。一般多認為肺魚類與總鰭魚類有較密切的親緣關系，並認為它與輻鰭魚是平行發展的類群。肉鰭魚類的得名基於總鰭魚類和肺魚類的鰭通常具有肉質鰭葉，鰭的內骨骼也非常集中。輻鰭類的鰭以內骨骼不是集中的，並且通常沒有肉質鰭葉，而明顯區別於前者。
由於輻鰭魚類、總鰭魚類和肺魚類在地質時代的出現幾乎同樣早，在形態上初起就很有差別，加上至今在地層中尚未找到過渡類型的化石代表，難以推斷其親緣關系。不過從解剖學角度看它們之間的彼此關系，還是比與其他魚類的關系要密切得多，故此一般認為三者居於同等的分類位置，來自於共同祖先。
不少人認為棘魚類可歸屬於硬骨魚類范疇，乃由於在澳大利亞西部晚泥盆世地層中發現的早期古鱈類腦顱化石，在一般結構上與棘魚類的腦顱很相似；從棘魚類尾鰭缺少尾上葉看，也與輻鰭魚類相似。加之棘魚類化石確實出現得也早一些，這就一改過去把棘魚類歸屬於盾皮魚類的看法，而認為硬骨魚類可能是從棘魚類中分化出來的。故此棘魚類的分類位置可列為硬骨魚類的一亞綱，放在最前面；也可將它獨立列出，與硬骨魚類並列，且把二者合稱為真口魚類；也有人主張棘魚類介於真口魚類與板鰓形類包括盾皮魚和軟骨魚綱之間。
總之，輻鰭魚類、總鰭魚類、肺魚類以及棘魚類是比較相近的魚類，廣佈於全球各種水域中，地質歷程很長（志留紀至現代），且各有其興衰史與發展過程。其中以輻鰭魚類最為成功，大致從早期的軟骨硬鱗魚類(Chondrostei)進化到全骨魚類(Holostei)，再到真骨魚類(Teleostei)；進步的真骨魚類現在仍十分繁盛，遍佈各種水域中。棘魚類在二疊紀末即已絕滅。另兩類（總鰭魚類、肺魚類）隻有少數種類在局部地區殘存下來。