هیچ کس نمی داند که واقعاً دایناسورها چگونه منقرض شده اند. در این زمینه نظریات مختلفی وجود دارد. مشهورترین نظریه، نظریه برخورد ستاره های دنباله دار با زمین است.
حدود 65 میلیون سال قبل،‌ در پایان دوره كرتاسه و اوایل دوره ترشیاری از عهد مزوزوئیک، بخش بزرگی از خانواده های گیاهی و جانوری به ناگهان منقرض شدند. در این انقراض دسته جمعی در كرتاسه- ترتیاری (K-T) همه جانوران زمین با وزن بیش از 55 پوند (120 کیلوگرم) منقرض شدند. همان طور كه خیلی از موجودات زنده كوچك تر هم منقرض شدند. این انقراض ها، صدف ها، بعضی از خانواده های پرندگان و پستانداران کیسه دار، بیش از نیمی از گروه های پلانکتون ها، بسیاری از خانواده های ماهی های استخوان دار، دوکفه ای ها، حلزون ها، اسفنج ها، دایناسورها و گونه های دیگری را نیز شامل می شد.
پایان این انقراض سرانجام به عصر پستانداران منتهی شد.
تئوری های زیادی درباره این که چرا انقراض دوره های کرتاسه- ترشیاری رخ داده وجود دارد. اما یک تئوری به طور وسیعی مورد قبول همه واقع شده است (این تئوری در سال 1980 به وسیله فیزیکدانی به نام لوییس آلوارز و پسرش والتر آلوارز که یک زمین شناس بود ارایه شد).
تئوری آنها می گوید که حدود 65 میلیون سال قبل یک سیارک چهار تا نه مایلی (15-6 کیلومتری) با زمین برخورد کرده و باعث آتش سوزی های بزرگ (که بر اثر گدازه های داغی که از چاله های ایجاد شده بیرون می ریخته، ایجاد می شده)، سونامی ها، توفان های شدید با بادهای تند و باران های اسیدی تند، فعالیت زلزله ای و شاید حتی فعالیت آتشفشانی شده است. این برخورد می توانسته باعث تغییرات شیمیایی در جو زمین شود و غلظت اسید سولفوریک، اسید نیتریک و فلوراید را افزایش دهد. گرمای ناشی از موج انفجار چاله، همه شکل های زندگی در مسیرش را سوزاند و خاکستر کرد.
به این ترتیب گرد و غبار و مواد آتشفشانی با فشار به داخل جو پرتاب شد و برای ماه ها جلوی بیشتر نور خورشید را گرفت و دما در سطح زمین را پایین آورد. جاندارانی که نمی توانستند خودشان را با تغییرات دما و نور تطبیق دهند می مردند. از آن جایی که انرژی گیاه از خورشید تأمین می شود، احتمالاً گیاهان اولین موجوداتی بودند که به وسیله تغییرات ناشی از آب و هوا تحت تأثیر قرار گرفتند. به این ترتیب بسیاری از خانواده های فیتوپلانکتون ها و گیاهان باید می مردند و در نتیجه سطح اکسیژن کره زمین، هم بر روی خشکی و هم در اقیانوس ها ممکن است به میزان زیادی کاهش یافته باشد. جانورانی که نمی توانسته اند با سطح های پایین تر اکسیژن کره زمین کنار بیایند خفه شده اند.
تغییرات اصلی در زنجیره غذایی می توانسته از همین تغییرات شدید آب و هوایی نتیجه شده باشد. دایناسورهای گیاهخوار که این گیاهان را می خوردند، بعد از مرگ گیاهان خیلی زود از گرسنگی مردند. سپس دایناسورهای گوشتخوار که دایناسورهای گیاهخوار را می خوردند، طعمه هایشان را از دست دادند و باید همدیگر را می خوردند و در نهایت مردند. لاشه های بزرگشان باید برای مدتی غذای جانوران کوچک تر را تأمین کرده باشد.
چاله های برخوردی زیادی که ناشی از برخورد سیارک ها و ستاره های دنباله دار هستند، روی زمین وجود دارند. یک چاله با وسعت 120 مایل یا 180 کیلومتر و با عمق یک مایل (1600 متر) به نام چیکسولوب Chicxulub ، در نوک شبه جزیره یوکاتان در خلیج مکزیکو وجود دارد. تاریخچه این چاله به 65 میلیون سال قبل برمی گردد و شاید نتیجه برخورد شهاب سنگ عصرهای کرتاسه- ترتیاری بوده باشد. مدرکی از سونامی های سراسری دوره کرتاسه- ترشیاری در خلیج مکزیکو پیدا شده است.

چاله شیوا Shiva هم چاله برخوردی بسیار بزرگ دیگری است که در دریای عربی ساحل هند در نزدیکی بمبئی واقع شده. تاریخ این چاله هم به دوره های کرتاسه- ترشیاری، در 65 میلیون سال قبل برمی گردد. یعنی همان موقعی که چاله چیکسولوب هم در نوک شبه جزیره یوکاتان شکل گرفته بود. اگرچه این چاله به خاطر این که کف دریا گسترش پیدا کرده جابجا شده، اما اگر قطعات آن کنار هم قرار بگیرد باید حدود 370 مایل (600 کیلومتر) در 280 مایل (450 کیلومتر) مساحت و 7.5 مایل (12 کیلومتر) عمق داشته باشد (که ممکن است فقط بخشی از یک چاله بزرگ تر باشد). این چاله به وسیله دیرینه شناسی به نام سانکار چاترجی برای شیوا خدای هندو (خدای ویرانی و دوباره نوشدن) نامگذاری شده است.
دانشمندان در لایه خاک رس دوره های کرتاسه- ترشیاری، شواهد شیمیایی پیدا کرده اند که از تئوری برخورد آلوارز حمایت می کند. لایه کرتاسه- ترشیاری شامل رسوبات ته نشین شده ای است که از پایان دوره کرتاسه تا شروع دوره ترشیاری به وجود آمده است. این لایه به دو لایه تقسیم شده. لایه جادویی Magic (با سه میلی متر ضخامت) و لایه گدازه Ejecta (با دو سانتی متر ضخامت). این شواهد شیمیایی عبارتند از:
-سایدروفیل ها  Siderophiles- عناصر نادر زمین Os, Au, Pt, Ni, Co, Pd, and Ir عناصر سایدروفیل هستند. وجود آنها در لایه زیرین کرتاسه- ترشیاری دلالت بر برخورد سیارک دارد. عنصر ایریدیوم (Ir) در لایه کرتاسه- ترشیاری در نقاط مختلف زمین پیدا شده. لایه ضخیم ایریدیوم صد هزار ساله در دوره کرتاسه- ترشیاری در نیوزیلند، دانمارک و ایتالیا کشف شده. ایریدیوم به استثنای نزدیک مرکز زمین، عنصر نادری در زمین است. اما تاحدودی در شهاب سنگ های چوندریتیک chondritic (شهاب های سنگی با چوندرول ها که لکه های کروی سیلیکات هستند که در اشکال سیاره ای پیش از تاریخ وجود داشته اند) فراوان است. احتمال دارد یک منشأ شهاب سنگی برای این لایه ایریدیوم وجود داشته باشد.
-تکتیت ها Tektites- تکتیت ها دانه های کوارتزی هستند که زیر گرمای متراکم و فشار، تبخیر و خنک شده اند و به دانه های شیشه بدون ساختمان کریستالی تبدیل شده اند. تکتیت ها شاید در طول برخورد یک شهاب سنگ یا ستاره دنباله دار شکل یافته باشند. تکتیت ها در لایه کرتاسه- ترشیاری فراوانند.
کوارتز تحت فشار Shocked quartz- موقعی که کوارتز زیر فشار بی اندازه زیاد است، می تواند در صفحات موازی شکاف بخورد و تقسیم شود. کوارتز تحت فشار در سایت های بمب اتمی پیدا می شود و مناطق برخورد شهاب سنگ نیز شناخته می شود. کوارتز زیر فشار در لایه کرتاسه- ترشیاری فراوان است.
-استیشویت Stishovite (دی اکسید سیلیکون)- یک شکل از کوارتز که در شرایط گرمای بالا و فشار ایجاد می شود. این عنصر به شکل غیرطبیعی زیادی در لایه کرتاسه- ترشیاری یافت شده است و بیشتر احتمال دارد که در طول یک برخورد عظیم شکل گرفته باشد.
-دانه های شیشه- "کنت میلر" Kenneth Miller  یک لایه دو اینچی از دانه های شیشه را در لایه کرتاسه- ترشیاری نزدیک رودخانه باس در نیوجرسی آمریکا کشف کرده است که از تئوری آلوارز حمایت می کند.