Les anciennes pattes des reptiles terrestres se sont transformées au cour de l'évolution en rame chez les reptiles marins, qu'on appelle plus précisément "palette natatoire".
Les tortues marines possèdent deux nageoires antérieures et deux postérieures, elles sont articulées et sont anatomiquement analogues à des mains, mais la forme externe est davantage semblable à une palme. Il peut y avoir à l'extrémité du membre une ou deux griffes chez certaines tortues marines. Leurs grosses nageoires antérieures sont généralement aussi longues que la moitié de leur carapace. Contrairement aux tortues terrestres et aux tortues d’eau douce, les tortues marines ne peuvent pas replier leur tête ni leurs nageoires sous leur carapace.
Chez les mammifères marins (cétacés, pinnipèdes) et les reptiles marins (tortues de mer, ichtyosaures), les nageoires (au moins les pectorales) dérivent de la patte de leur ancêtre tétrapode terrestre.
Les cétacés possèdent deux nageoires pectorales ou palettes natatoires thoraciques, une nageoire dorsale ou aileron et une nageoire caudale ou queue. Les nageoires caudales permettent aux cétacés de s'orienter. Il semble que la nageoire dorsale permettent une plus grande efficacité dans les mouvements. Les nageoires dorsales de certains épaulards mâles peuvent dépasser deux mètres. La baleine à bosse dispose quant à elle des plus grandes nageoires pectorales, celles-ci peuvent atteindre le tiers de leurs corps.
La progression est due aux pressions sur l'eau d'une nageoire caudale de forme homocerque. Celle-ci est orientée horizontalement, alors qu'elle est verticale chez les poissons osseux et cartilagineux. La pression de la queue sur l'eau est exercée verticalement, le sens de mouvement de cette nageoire favoriserait les déplacement de ces animaux du fond vers la surface et inversement. Le marsouin de Dall, un des cétacés les plus rapides, a été mesuré à 55 km/h, l'orque pourrait l'être encore plus. Hormis les siréniens, les autres mammifères marins ne possèdent pas de queue qui permette le mouvement.
Les membres des Pinnipèdes, qui ont évolué en nageoires, sont proportionnellement plus courts que ceux de la plupart des autres mammifères. Les doigts et les orteils sont reliés entre eux par une membrane de peau. Ils possèdent également des griffes que l'on trouve soit sur les nageoires de devant (phoques sans oreilles), soit sur les nageoires arrière (phoques à oreilles). Parce que l'eau a une densité beaucoup plus élevée que l'air, leurs nageoires peuvent être beaucoup plus petite proportionnellement à leur taille, que les ailes d'un oiseau ou d'une chauve-souris. En outre, les pinnipèdes sont essentiellement en apesanteur dans l'eau, ce qui leur permet d'arriver à un statu quo, et réaliser des prouesses acrobatiques dans l'eau qui seraient impossibles pour les animaux volants.
Les ailes des manchots, devenues inutilisables pour le vol, à la différence de celles de leur cousin les pingouins se seraient, par contre, merveilleusement adaptées à nage et à la plongée : le manchot Gentoo peut atteindre 35 km/h à la nage (contre 9 km/h pour le meilleur nageur olympique) et le manchot Empereur peut plonger à plus de 520 m pour rechercher de la nourriture, soit le record absolu chez tous les oiseaux.