Schädel und Bezahnung
Der Schädel war rund 91 cm lang, schmal und krokodilförmig – eine konvergente Entwicklung zu modernen Gavialen (Ghariale). An der Schnauzenspitze saßen die Prämaxillarzähne in einer „Rosette", die das Festhalten glitschiger Beute erleichterte. Ein scharfer Knick zwischen Schnauze und hinterem Schädel verhinderte das Entkommen der Beute – ein Prinzip, das auch bei modernen Krokodilen funktioniert.
Die Bezahnung war bemerkenswert: Mindestens 96 konische Zähne, neuere Schätzungen gehen von 106 bis 108 aus, verteilt auf 12–14 Prämaxillarzähne, etwa 30 Maxillarzähne und 64 Dentarzähne (32 pro Seite). Das bedeutet: Im Unterkiefer steckten doppelt so viele Zähne wie im Oberkiefer – eine unter Theropoden äußerst seltene Verteilung. Die Zähne waren leicht zurückgebogen, seitlich abgeflacht und mit feinen Serrationen versehen (6–8 Dentikel pro mm). Einige trugen 6–8 Rillen an der Innenseite.
Barker et al. (2023, Journal of Anatomy, doi:10.1111/joa.13837) untersuchten per CT-Scan die Gehirnkästen von Baryonyx und dem verwandten Ceratosuchops. Das Ergebnis war überraschend: Trotz der stark modifizierten Schädelform besaßen Baryonychinen konservative, „generische" Theropoden-Gehirne. Die Hörfrequenzen lagen bei 1.400–1.600 Hz – im mittleren Bereich, nicht im tiefen Frequenzspektrum, wie manchmal behauptet. Der Riechkolben war durchschnittlich groß. Spätere Spinosaurinae wie Irritator entwickelten höhere Hörfrequenzen, was auf eine fortschreitende sensorische Spezialisierung innerhalb der Familie hindeutet.