Палеонтологи всегда сталкивались с затруднениями при классификации двустворчатых моллюсков и выяснении их взаимосвязей друг с другом. Основной причиной этого затруднения является то, что раковины двустворок имеют ограниченное число признаков, позволяющих устанавливать родственные взаимоотношения. Это общая проблема для большинства ископаемых.

При классификации высших таксонов, таких как подклассы, строение мягкого тела, и в частности строение жабр, являются наиболее важными признаками. Очевидно, что у ископаемых эти органы не сохраняются. Кроме того, в процессе фоссилизации раковины часто оказываются перекристаллизованы. В связи с этим иногда сложно определить первоначальный состав раковины (кальцит или арагонит). К счастью, классификация на видовом, родовом и семейственном уровне не является большой проблемой, так как строение раковины обеспечивает нас достаточной информацией.

Одна из классификаций, широко распространенных на сегодняшний день, основывается на микроструктуре стенки раковины, строении смычного края и ареи, а также особенностях мягких частей: жабр и желудка. По этим признакам выделяют пять подклассов. Это палеотаксодонты, криптодонты, птериоморфы, гетеродонты (разнозубые) и аномалодесматы.