На спине стегозавра находились 17 костяных пластин, которые не были выростами каких-либо костей внутреннего скелета, а располагались обособленно. Некоторые палеонтологи, например, Роберт Беккер, полагают что пластины были подвижны и могли менять угол наклона. Крупнейшие пластины имели размеры 60 × 60 см. Их расположение долго было предметом спора; лишь в настоящее время научное сообщество пришло к консенсусу, что пластины образовывали два ряда на спине животного, при этом пластины одного ряда росли напротив промежутков в другом ряду.
Назначение пластин так и остаётся спорным. Первоначально утверждалось что они являлись защитой от нападения сверху более высоких хищников, однако пластины были слишком хрупкими и оставляли незащищёнными бока. Позже появилась версия, что пластины были пронизаны кровеносными сосудами и участвовали в терморегуляции, подобно парусу диметродона и спинозавра и, например, ушам современных слонов. Пластины могли быть простым устрашением для хищников, внешне увеличивая размер стегозавра, или же играли роль в отношениях между особями внутри вида: помогали им распознать друг друга среди различных травоядных, использовались в брачных играх. Возможно, что пластины, благодаря кровеносным сосудам, краснели, отпугивая хищников. Также возможно и то, что они сочетали в себе все эти функции