Classiquement, on distinguait 2 sous-groupes de tamarins en fonction de leur face (critère arbitraire) mais des analyses génétiques récentes (Tagliaro, Schneider et al.) ont montré que la taille était un meilleur critère pour leur discrimination.
On distingue d’une part la radiation des petits tamarins, composée du Tamarin à selle (S. fuscicollis), du Tamarin blanc (S. melanoleucus), du Tamarin à manteau noir (S. nigricollis), du Tamarin du Río Napo (S. graellsi) et du Tamarin à manteau doré (S. tripartitus). Ce sont les tamarins à bouche blanche, caractérisés par un museau blanc.
La radiation des grands tamarins est plus complexe avec d’une part la section des tamarins moustachus, caractérisés par des poils blancs plus ou moins longs de chaque côté de la bouche, Tamarin à moustaches (S. mystax), Tamarin labié (S. labiatus) et Tamarin empereur (S. imperator), et d’autre part deux autres sections davantage apparentées entre elles, celles des tamarins à face nue : la première est représentée par les trois espèces de pinchés colombiens et panaméens, le Pinché à nuque rousse (S. geoffroyi), le Pinché à crête blanche (S. oedipus) et le Pinché aux pieds blancs (S. leucopus), et la seconde par les cinq espèces du nord de l’Amazone : le tamarin à mains dorées (S. midas), le Tamarin noir (S. niger) – au sud de l’embouchure de l’Amazone, le Tamarin bicolore (S. bicolor), le Tamarin à face nue de Martin (S. martinsi) et le Tamarin à face marbrée (S. inustus). Le dernier cité est original par sa face partiellement dépigmentée, d’où son nom latin.
Une distinction géographique permet de mieux saisir leur diversité : Les tamarins les plus septentrionaux sont les pinchés, qui occupent Panamá et le nord de la Colombie. Les autres tamarins à face nue occupent le nord du continent sud-américain (Guyana-Surinam-Guyane-nord du Brésil) presque toujours au nord de l’Amazone. Tous les tamarins à face velue occupent la haute Amazonie (Colombie-Équateur-Pérou-Bolivie-ouest du Brésil), quasiment toujours au sud de l’Amazone.
Des études morphologiques comparatives ont conduit plusieurs auteurs à suggérer que le Tamarin à manteau noir (S. nigricollis) serait le prototype pour toutes les autres espèces, à partir duquel deux lignes phylogénétiques basées sur le Tamarin à moustaches (S. mystax) et le Tamarin à mains dorées (S. midas) auraient divergé.
Groves distingue pour sa part six sous-groupes : la section "nigricollis" (avec S. nigricollis, graellsi, fuscicollis, melanoleucus et tripartitus), la section "mystax" (avec S. mystax, pileatus, labiatus et imperator), la section "midas" (avec S. midas et S. niger), la section "bicolor" (avec S. bicolor et S. martinsi), la section "oedipus" (avec S. oedipus, S. geoffroyi et S. leucopus) et la section "inustus" (avec le seul S. inustus).