Mezozaur był jednym z pierwszych gadów, które powróciły do wody po tym, jak wczesne tetrapody pojawiły się na lądzie w późniejszym dewonie.
Miał około 1 metra (3.3 ft) długości, z pajęczymi stopami, opływowym ciałem i długim ogonem, który mógł podtrzymywać płetwę. Prawdopodobnie poruszał się w wodzie za pomocą długich tylnych nóg i giętkiego ogona. Jego ciało było również elastyczne i mógł łatwo poruszać się na boki, ale miał silnie pogrubione żebra, które uniemożliwiłyby mu skręcanie ciała. Okazy wskazują, że był żyworodny, rodząc żywe młode.
Mezozaur miał małą czaszkę z długimi szczękami. Nozdrza znajdowały się u góry, co pozwalało stworzeniu oddychać, gdy tylko górna część głowy wystawała na powierzchnię. Jego zęby były przystosowane do chwytania małych nektonicznych ofiar, takich jak skorupiaki.