La neumatización de los huesos de la cara, como ocurre con los del oído, se relaciona con un factor activo que es la respiración, esta actúa a través de las zonas de impacto de las corrientes de aire inspiratorio sobre las paredes nasales.
En los algunos vertebrados inferiores el primer seno que aparece es el maxilar, relacionado con la zona olfatoria de las fosas nasales.
Los senos paranasales como tales aparecen en los vertebrados superiores, mamíferos, como una neumatización de los huesos del cráneo dependiente de las fosas nasales. Todos los mamíferos tienen, en mayor o menor grado, senos paranasales y su amplitud, recesos e invasiones de huesos vecinos, ofrecen una gran variedad según los diferentes especímenes. A medida que disminuye el poder olfatorio, aumenta el tamaño de los senos. Ciertas cavidades sinusales, frontal y esfenoidal, faltan en algunas especies, excepto el seno maxilar que está siempre presente.
Los cambios filogenéticos que van experimentando los senos paranasales transcurren conjuntamente con la hominización de la cabeza. La disminución del prognatismo, la regresión de los dientes y de la musculatura de la masticación favorecen la ampliación de los senos maxilares. El desplazamiento hacia delante de la charnela cráneo-vertebral, la curvatura de la base del cráneo y la separación de las dos tablas interna y externa, ayudan a la formación de los senos esfenoidales. Finalmente, la separación de las órbitas crea un espacio neumatizable para el desarrollo de las celdas etmoidales y de los senos frontales.
El seno maxilar, como hemos dicho, es el más constante filogenéticamente, estando presente en todos los mamíferos, si bien su tamaño y forma es muy diferente ente las distintas especies.
Así en los mamíferos macrósmicos, en los que la fosa nasal es fundamentalmente olfatoria, es muy pequeño y en los micrósmicos, en los que las fosas son casi exclusivamente respiratorias, es más amplio. Su tamaño está en relación inversa con el tamaño del cornete maxiloturbinal, ya que la reducción de éste permite el desarrollo del seno. En el curso evolutivo el maxiloetmoidal queda reducido de volumen, al igual que la fosa nasal, cuya pared externa se acerca hacia la línea media para poder seguir calentando y humedeciendo el aire inspiratorio. Fruto de este desplazamiento queda un espacio vacío e inútil en el cuerpo del hueso que es el seno maxilar.
En algunos primates raros, como el babuino, no tienen seno, presentan una sola fosa nasal estrecha y, como consecuencia, un rostro con desaparición de las regiones correspondientes al macizo facial.
El laberinto etmoidal es patrimonio exclusivo de los mamíferos micrósmicos y es fruto de la regresión del aparato olfatorio. En los macrósmicos la función olfatoria es endonasal y depende de la región cribosa, mientras que en los micrósmicos la degeneración que ha experimentado el área olfatoria hace que ésta quede reducida a una pequeña área del techo de la fosa. El cornete etmoidoturbinal se desplaza a la pared externa de la fosa y queda en parte incluido en las estructuras extranasales, siendo vaciado por los procesos de neumatización.
En la evolución de los mamíferos, el etmoidoturbinal se desplaza hacia fuera formando los cornetes superior y medio, mientras que los laterales posteriores quedan recubiertos por el anterior formando la bulla y la apófisis unciforme.
Para completar la pared externa de la fosa, en los simios y en el hombre, el nasoturbinal queda reducido a una procidencia, que en el orangután y el gorila empieza a atrofiarse. En el chimpancé es casi inaparente y en el hombre queda reducida a la eminencia nasal. La eminencia nasal, la bulla y la apófisis unciforme también participarán en el proceso de neumatización sinusal.
La neumatización de las áreas frontales y esfenoidales es muy diferente de unos individuos a otros.
Existen diferentes teorías para justificar la existencia de estos espacios aéreos. El seno maxilar puede responder a la necesidad de cerrar espacios para acondicionar el aire. Puede ser una forma de llenar los grandes espacios que quedan en los micrósmicos al perder los complejos cornetes olfatorios. En los carnívoros la necesidad de unas grandes áreas olfatorias que alberguen mucosa sensorial sin separar los ojos y tener visión frontal, justifican la neumatización sinusal frontal y esfenoidal. También se ha invocado la teoría de la necesidad evolutiva de perder peso la cabeza progresivamente sin menoscabo del volumen, uniendo ligereza y volumen.
