最早的哺乳动物由爬行动物中的兽孔目演化而来。真正的哺乳动物在中生代的三叠纪末期出现，进入新生代后哺乳动物取代恐龙占据生态位优势，演化出今天多样化的哺乳动物种群。
历史根据目前人类掌握的化石证据，哺乳动物被认为最早出现在2亿多年前的中生代的三叠纪，并于新生代开始繁盛，成为陆地上占支配地位的动物至今。
中生代猛犸象，因冰河期末期的气候变化而灭绝。
有化石证据表明在三叠纪中期，一些兽孔目动物的头骨开始产生了许多新特征。爬行动物由多块骨头构成的 下颌演变成单块牙骨，牙齿也从单一外形的牙齿演变为根据在口腔内的位置而具备多种形状。颊骨弓变得更为发达以支持咀嚼肌强化的需要。它们身体的骨骼变得轻盈灵活，四肢直立而不是如同爬行动物一般向体侧伸展。它们具备发育良好的皮毛，因此可能是恒温动物。可以认为它们是正处在过渡到真正的哺乳动物的过程中的一个阶段。在约2亿年前的三叠纪晚期，早期的哺乳动物与恐龙几乎在同一时期正式出现了。当时君临陆地的大小恐龙占据了绝大部分的生态位，而早期的哺乳动物的体型微不足道，主要靠昆虫等生息在丛林中的小型猎物维生。到了6500万年前的白垩纪末期，恐龙可能因为气候变化而迅速灭绝，而哺乳动物则具备恒温特性，而且他们的小型躯体减少了热量的散失，帮助它们在低温和黑夜中存活了下来。
新生代在古近纪之前所有的哺乳动物体型很小，尽是一类体长12厘米左右，与老鼠体型相仿的小型捕猎者。进入新生代后恐龙式微，于是哺乳动物得以占据更多的生态位，并迅速演化出具备丰富多样性的成千上万个不同物种来。在5000万年前就出现了早期的蝙蝠和鲸；等到了4000万年前，如今在哺乳纲下面的各个目就都基本出现了。
到了第四纪，哺乳动物已经成为陆地上占支配地位的动物。虽然冰河期让包括猛犸象在内的一批大型的哺乳动物遭到灭顶之灾，但大部分能存活至今的物种一直就没有发生太多变化。
多样性形态哺乳动物多样性
哺乳动物是动物界里是多样化程度最高的一类。他们的身体结构应生存环境的需求而高度特化。最大的哺乳动物蓝鲸的体重（150吨）差不多是最小的凹脸蝠（2克）的7000万倍。他们的外形也是千奇百怪。例如长颈鹿进化出了2米多长的脖子和能从嘴里伸出45厘米的舌头；大象有一条像人手一样灵活的鼻子；海豚长得跟鱼一样；蝙蝠像鸟类一样为了在空中飞翔而有一双翅膀。分布与特征哺乳动物是动物界物种中分布最为广泛的一类。作为一类恒温动物，他们能在较寒冷的环境里保持活动能力，而汗腺等器官可以帮助他们在炎热的环境里控制体温，故能适应各种不同温度和地形的生存环境。从热带草原上的羚羊到极地的北极熊再到高山上的鼠兔和沙漠中的骆驼，到处可以见到他们的身影。虽然他们主要在陆地上生活，也有一些种类已经适应在陆地以外的环境中生活，如飞行的蝙蝠和在海洋里生存的海豹、海豚等。
荒漠骆驼
荒漠最主要的特点是干旱，此外还会伴有剧烈的昼夜温差和沙尘暴等恶劣的天气，食物匮乏。适应了在荒漠 环境生存的哺乳动物演化出了一系列各具特色的生存技能来管理能量和水分、抵抗炎热的气候并进行经常性的迁徙。能量和水分管理
荒漠哺乳动物有各具特色的获取、处理和散失水分的方式。食肉动物一般从猎物的血液和湿润的组织里获得水分，食草动物一般从进食的植物中获得水分，有时它们也会舔食在岩石和植物表面凝结的露水。除了直接以水的方式获得的部分外，它们可以有效利用在消化过程中产生的代谢水。为了减少水分的浪费，它们有高效的肾脏，排出的尿液高度浓缩，粪便也非常干燥。一些荒漠哺乳动物如骆驼在水草丰足的时候会大量进食，将能量和水分保存到位于后背的驼峰内；肥尾跳鼠则将多余的能量保存在尾巴的基部。小型的食用种子的哺乳动物还会将种子储藏到洞穴里，更格卢鼠可在洞穴里贮藏5千克的种子。
抵抗炎热为了减少因出汗而散失过多的水分，许多荒漠哺乳动物在白天会找如小山丘和灌木丛的影子等阴凉处休息，小型哺乳动物如跳鼠则会躲藏到洞里，在比较凉爽的清晨和黄昏才会活跃取食。而在夜里由于不易发现捕食者，大型食草动物会在夜间进行移动，从一个取食地点移动到另一个，边走边咀嚼反刍的食物。大羚羊在夜里可以移动超过30千米的距离。一些小型的哺乳动物，如耳廓狐演化出了大型的耳朵来散热。许多荒漠哺乳动物的体温可以比正常值提高一些来减少出汗。
经常性迁徙在荒漠中生存的哺乳动物需要经常性迁徙来保证食物和水源的充足供应，它们无论大小都具有长途跋涉的能力。一些大型食草哺乳动物的嗅觉对水汽非常敏感，能大致得知降雨发生的方位而向其迁徙，而食肉动物则会尾随其后。沙漠跳鼠一个夜晚可以移动10千米。
草原角马
草原是开阔的环境，偶尔也会有稀落的树林和灌木生长，一年中的气候基本是干燥的，但也有大规模的季节 性暴雨。这些特点让草原哺乳动物演化出了聚集成群落、按季节进行有规律的迁徙的特点。为了躲避天敌，它们要么演化出高速运动的能力，要么挖掘洞道进行穴居。聚集成群落大型的食草哺乳动物会聚集成大型群落减少成为单个目标的危险，一些个体在进食和休息时经常会有另外一些个体在警戒。有时不同物种之间也会混合聚集起来。在非洲的热带草原上，斑马、羚羊、瞪羚、长颈鹿等混合聚集成世界上最大的野生动物群落，长颈鹿在开阔地带的视野和可视距离都很大，而斑马的嗅觉灵敏，羚羊的听觉敏感，它们共享优势资源，降低被捕食的危险。
规律性迁徙热带草原的降水是局部、季节性的。大型食草哺乳动物会逐水而居。角马就以大规模的有规律迁徙而闻名。
高速运动能力草原的开阔地带缺少掩护，无论是埋伏突袭还是逃跑都不容易。食肉动物为了捕获食草动物、食草动物为了活命都演化出了快速运动的能力。非洲的猎豹奔跑时速可以超过100公里，而他们的猎物叉角羚的速度也毫不逊色，它们是哺乳动物中奔跑速度最快的。除了速度以外，一些其他的哺乳动物如野马演化出了持续快速奔跑的能力，让它们能在无边无际的大草原上长距离旅行。
穴居一些小型的哺乳动物如草原犬鼠、鼹鼠等会在草原上挖洞来建造藏身之所。它们会在地下建造复杂而有高度组织的洞道系统。一些洞道会修筑有防水的土丘和带有排水设施。非洲的土豚打出的洞道甚至可以容纳一个人。除了躲避天敌，洞道还可以在草原野火袭来时提供庇护。
森林大狐猴
森林生物多样性最丰富的自然环境。林地为动物提供丰富的食物资源和隐蔽场所，保护他们不受地面上的捕食者的威胁。在其中生活的哺乳动物也演化出了适应该种环境的特性。树栖和地面生活一些森林哺乳动物如绒毛猴、蛛猴几乎从不下到地面。而貂和虎猫等则是半树栖的。树栖的哺乳动物通过跳跃、飞跃等方式在树枝间移动。旧大陆的长臂猿使用钩状手抓握树枝，美洲的猴类用强有力的尾巴来缠卷树枝。蛛猴的尾巴可以支持全身的重量。松鼠有锋利的爪子来抓紧树皮，以它们的大尾巴来平衡身体。鼯鼠、袋貂等在四肢间长有皮膜，可以在树间滑翔。蝙蝠则具备完整飞行的能力。小鼠、野猪、貘、鹿等哺乳动物在林地的地面上穿行。松鼠等小型哺乳动物常利用树洞筑巢，野猪和鹿等会利用树丛、山坡等地形寻找合适的休息场所避免四面受敌。许多树栖的哺乳动物会直接在树枝上休息。
伪装森林哺乳动物的皮毛大多数是深浅不一的棕色混合而成的，如此融入到生存的环境的背景中去。幼年的鹿和野猪则长有带斑纹的皮毛，易于与林地底部的颜色混合。树栖的猫科动物身上的斑点状纹理，在树上容易与树枝间的透光和斑驳的树影混杂。
极地高山牦牛
极地和高海拔地区气候寒冷，有的终年被冰雪覆盖，食物匮乏。在这种严酷的条件下，哺乳动物演化出了各 种不同的策略来应对。保暖寒冷环境中生存的哺乳动物都有多重的毛发，外层的长毛主要起保护身体、伪装和防水防雪的作用。牦牛的毛发可长达1米。毛发的基层则是一层厚厚的绒毛，具有保暖效果。许多哺乳动物的脚掌上都长有一层浓密的毛，如北极熊和狼等，除了保暖外还能够在冰雪的表面上防滑。北极熊和海豹全身上下都有很厚的皮下脂肪包裹以减少热量的散失。它们身体突出的器官，如鼻子和耳朵，变得短小来减低这些部位降温过快而被冻伤的危险。北极狐等小型的哺乳动物演化出的粗短的身体减小相对其体型的体表面积，尽可能减少体温的散失。
季节性换毛在极地和高山环境因为降雪和融雪的关系，在不同的季节的环境颜色的变化很大。为了在不同的季节都能有效实施伪装，许多极地哺乳动物如北极狐和北极兔每年会换两次毛，夏季换成棕色和深褐色的皮毛，与岩石、泥土和灌木的色彩相近，冬季则换成雪白的厚毛，融入白色的背景中。
高山环境高海拔地区空气稀薄，为了提高身体的运氧能力，许多高山哺乳动物的血液中红细胞的密度更高。在山上生活的有蹄类哺乳动物四肢发达，如岩羊等物种演化出了外缘锋利坚硬，内部成柔软的垫状，能在湿滑陡峭的岩壁上能保持良好的抓地能力。它们生存在近乎垂直的悬崖峭壁上躲避捕食者。
水生海豚
在水中生活的哺乳动物其身体设计与陆地上的哺乳动物有很大差别。适于游泳体型水的密度比空气要大，阻力也更大。为了在水中能快速行动，水生哺乳动物都演化出了光滑而流线型的身体。完全水生的海豚、鲸、儒艮、海牛等的后肢退化消失以尾部的鳍和躯干进行波状运动来推进，前肢演化成的鳍状肢来控制方向，海豚科的哺乳动物多有背鳍，这可以防止在行进过程中发生翻滚。半水生的哺乳动物如水獭、海豹等为了陆上生活的需要还保留有厚厚的毛发，四肢也演化为桨状或鳍状肢。海狮主要用前肢推动身体，海豹则主要用后肢。水生哺乳动物的水中运动能力比起许多鱼类有过之而无不及。
保温许多水生哺乳动物都生活在极地或季节性迁徙到极地。为了在寒冷的海水中保持体温，它们演化出了更大的体型和减小体表的突出器官，如此可减小体表面积相对于全身体积的比例，籍此减少热量的散失。他们也拥有厚厚的皮下脂肪以御寒。部分要上岸生活的物种如海豹、海狮、水獭有非常厚的皮毛，毛发表面还覆盖着防水的油脂。它们在岸上通过晒太阳来减少身体产生热量的能量消耗。
呼吸哺乳动物都是用肺呼吸的，它们必须定时回到海面呼吸新鲜空气。动物肌肉内的肌红蛋白可以保存氧并缓释，而水生的哺乳动物的肌红蛋白的含量较高，一些种类的海豹的肌红蛋白含量可以达到陆生哺乳动物的十多倍。
具体分类现存哺乳动物分属三个亚纲：
一、原兽亚纲
·单孔目
二、后兽亚纲
·负鼠目
·鼩负鼠目
·袋鼬目
·袋狸目
·袋鼹目
·袋鼠目
·智利负鼠目
三、真兽亚纲
·食虫目
·树鼩目
·皮翼目
·翼手目
·食肉目（现将鳍足目并入食肉目，成为其下属的鳍脚亚目）
·海牛目
·长鼻目
·奇蹄目
·蹄兔目
·管齿目
·鲸-偶蹄目（鲸目和偶蹄目合并了）
·鳞甲目（原属贫齿目）
·披毛目（原属贫齿目）
·带甲目
·啮齿目
·兔形目
·象鼩目
·灵长目
最新研究2020年11月3日，施普林格·自然旗下国际专业学术期刊《自然-生态与演化》最新发表一篇古生物学研究论文，通过可追溯至7550万年前的鼠形多瘤齿兽类哺乳动物的化石样本，研究发现化石中包括多个身处同一地穴的个体骨架，提示哺乳动物可能从中生代就开始具有社群行为。[1]
身体结构骨骼结构哺乳动物都有一对枕髁，是头骨和第一颈椎形成关节，从而能使活动更加自由。又次生的口腔骨质硬颚，使鼻腔与口腔隔离，呼吸空气时，气体不会进入口腔，使哺乳动物能在咀嚼食物的同时呼吸空气。此外哺乳动物颈部的肋骨愈合在颈椎上，成为颈椎的组成部分。
耳朵多数哺乳动物的耳朵长在外部，能使声音直接进入大脑，如猫的漏斗形耳廓能将声波导入内耳，使猫迅速地捕捉到声音，判断声源的方向。而以犬科动物为代表的许多哺乳动物都能把耳朵竖起来，转向声音的方向，以便更好地捕捉声音。斑马?(20张)
鼻子许多哺乳动物鼻子后部的黏膜远大于人类的鼻黏膜，因此嗅觉要比人类发达。有时，被人们抓住的老鼠会撒出尿来，用气味警告同伴赶快逃生；非洲狮能用嗅迹标明其种群的领地；受过训练的猪能嗅出生长在地下的松露。
舌头哺乳动物的舌头很发达，能在口腔内灵活地活动。例如，鹿、牛等食草动物的舌头能自如地将草料卷入口中；虎、狮子等肉食动物能用舌头将水舔入口中；狗在炎热的夏季或剧烈奔跑后，往往伸出长舌，用舌头散发体内的热量。
牙齿哺乳动物的牙齿有门齿、犬齿、前臼齿与臼齿之分，形态与功能各异。此外，哺乳动物因食性的差异，牙齿形态产生进一步特化，例如食肉动物的犬齿发达，前臼齿和臼齿齿尖锋利，利于撕裂、切割食物；食草动物的门齿和臼齿发达，以便将较为纤细、柔软的植物扯断、磨细。老鼠(20张)
尾巴哺乳动物的尾巴是其脊椎的延长。不同种类的哺乳动物的尾巴在大小、形状及功用上又各有不同。马尾又粗又长，能驱赶蚊蝇和小虫；狐狸的尾巴长满浓密的毛，具有很好的保温作用；河狸的尾巴是它们游泳时的方向舵。有时，一些哺乳动物也能用尾巴进行防卫。
物种解刨哺乳动物的皮肤致密，结构完善，有着重要的保护作用，有良好的抗透水性，控制体温及敏锐的感觉功能。为适应于多变的外界条件，其皮肤的质地、颜色、气味、温度等能与环境条件相协调。
哺乳动物皮肤的主要特点为：
结构完善
哺乳动物的皮哺乳动物肤由表皮和真皮组成，表皮的表层为角质层，表皮的深层为活细胞组成的生发层。表皮有许多衍生物，如各种腺体、毛、角、爪、甲、蹄。真皮发达，由胶原纤维及弹性纤维的结缔组织构成，两种纤维交错排列，其间分布有各种结缔组织细胞、感受器官、运动神经末梢及血管、淋巴等。在真皮下有发达的蜂窝组织，绝大多数哺乳动物在此贮藏有丰富的脂肪，故又称为皮下脂肪细胞层。
衍生物多样
哺乳动物的皮肤衍生物，包括皮肤腺、毛、角、爪、甲、蹄等。
1）皮肤腺：十分发达，来源于表皮的生发层，根据结构和功能的不同，可分为乳腺、汗腺、皮肤腺、气味腺（麝香腺）等。
乳腺为哺乳类所特有的腺体，能分泌含有丰富营养物质的乳汁，以哺育幼仔。乳腺是一种由管状腺和泡状腺组成的复合腺体，通常开口于突出的乳头上。乳头分真乳头和假乳头两种类型，真乳头有1个或几个导管直接向外开口；假乳头的乳腺管开口于乳头基部腔内，再由总的管道通过乳头向外开口。乳头的数目随种类而异，从2个至19个，常与产仔数有关。低等哺乳动物单孔类不具乳头，乳腺分泌的乳汁沿毛流出，幼仔直接舐吸。没有嘴唇的哺乳动物如鲸，其乳腺区有肌肉，能自动将乳汁压入幼鲸口腔。
另一种皮肤腺为汗腺，是一种管状腺，它的主要机能是蒸散热及排除部分代谢废物。体表的水分蒸发散热即出汗，是哺乳动物调节体温的一种重要方式，一些汗腺不发达的种类，主要靠口腔、舌和鼻表面蒸发来散热。
皮脂腺为泡状腺，开口于毛囊基部，为全浆分泌腺，其分泌物含油，有润滑毛和皮肤的作用，也是一种重要的外激素源。气味腺为汗腺或皮脂腺的衍生物，主要功能是标记领域、传递信息，有的还具有自卫保护的作用。气味腺有数十种，如麝香腺、肛腺、腹腺、侧腺、背腺、包皮腺等。气味腺的出现及发达程度，通常是与哺乳类以嗅觉作为主要猎食方式相联系的，而以视觉作为主要定位器的类群其嗅觉及气味腺均显著退化。
2）毛：是哺乳动物所特有的结构，为表皮角化的产物。毛由毛干及毛根组成。毛干是由皮质部和髓质部构成；毛根着生于毛囊里，外被毛鞘，末端膨大呈球状称毛球，其基部为真皮构成的毛乳头，内有丰富的血管，可输送毛生长所必须的营养物质。在毛囊内有皮脂腺的开口，可分泌油脂，润滑毛、皮；毛囊基部还有竖毛肌附着，收缩时可使毛直立，有助于体温调节。按毛的形态结构，可将毛划分为长而坚韧并有一定毛向的针毛（刺毛），柔软而无毛向的绒毛，以及由针毛特化而成的触毛。哺乳类体外的被毛常形成毛被，主要机能是绝热、保温。水生哺乳动物基本上无毛的种类如鲸，有发达的皮下脂肪以保持体温的恒定。毛常受磨损和退色，通常每年有一、二次周期性换毛，一般夏毛短而稀，绝热力差，冬毛长而密，保温性能好。陆栖哺乳动物的毛色与其生活环境的颜色常保持一致，通常森林或浓密植被下层的哺乳动物毛呈暗色，开阔地区的呈灰色，沙漠地区多呈沙黄色。
3）角：是哺乳动物头部表皮及真皮特化的产物。表皮产生角质角，如牛、羊的角质鞘及犀的表皮角，真皮形成骨质角，如鹿角。哺乳类的角可分为洞角、实角、叉角羚角、长颈鹿角、表皮角等五种类型。
洞角，由骨心和角质鞘组成，角质鞘即习称之为角，成双着生于额骨上，终生不更换，有不断增长的趋势。洞角为牛科动物所特有。
实角，为分叉的骨鸭嘴兽质角，无角鞘。新生角在骨心上有嫩皮，通称为茸角，如鹿茸。角长成后，茸皮逐渐老化、脱落，最后仅保留分叉的骨质角，如鹿角。鹿角每年周期性脱落和重新生长，这是鹿科动物的特征。除少数两性具角如驯鹿，或不具角如麝、獐之外，一般仅雄性具角。叉角羚角，是介于洞角与鹿角之间的一种角型。骨心不分叉而角鞘具小叉，分叉的角鞘上有融合的毛，毛状角鞘在每年生殖期后脱换，骨心不脱落。这种角型为雄性叉角羚所特有，而雌性叉角羚仅有短小的角心而无角鞘。
4）爪、甲和蹄：均属皮肤的衍生物，是指（趾）端表皮角质层的变形物，只是形状功能不同。爪，为多数哺乳类所具有，从事挖掘活动的种类爪特别发达。食肉类的爪十全锐利，如猫科动物的爪锐利且能伸缩，是有效的捕食武器。甲，实质为扁平的爪，是灵长类所特有。蹄，为增厚的爪，有蹄类特别发达，并可不断增生，以补偿磨损部分。
骨骼
哺乳动物的骨骼系统发达，支长颈鹿持、保护和运动的功能完善。主要由中轴骨骼和附肢骨骼两大部分组成。其结构和功能上主要的特点是：头骨有较大的特化，具两个枕骨踝，下颌由单一齿骨构成，牙齿异型；脊柱分区明显，结构坚实而灵活，颈椎7枚；四肢下移至腹面，出现时和膝，将躯体撑起，适应陆上快速运动。
中轴骨骼
包括颅骨（skull)、脊柱(vertebra）、胸骨（sternum)及肋骨(rib)。
1）颅骨：由于哺乳类的脑、感官的发达以及口腔咀嚼的产生，故颅骨相当大。颅腔由额骨、顶骨、枕骨、蝶骨、筛骨、鳞骨、鼓骨等构成，其中枕骨、蝶骨、筛骨等均由多数骨块愈合而成，骨块的减少和愈合使头骨坚而轻，是哺乳类的一个明显特征。脑位于颅腔内，以颅骨后方的枕骨大孔与脊髓连接。枕骨大孔两侧各有一枕踝与第一颈椎相关节。哺乳类的眼眶、鼻腔和口腔主要由泪骨、观骨、鼻骨、鼻甲骨、上颌骨、前颌骨、腭骨、翼骨、犁骨、下颌骨、舌骨等构成。下颌由1对下颌骨（齿骨）组成，为哺乳类头骨的一个标志性特征，下颌骨后端与鳞骨相关节。
2）脊柱：由一系列椎骨组成，可分为颈椎(cervical)、胸椎(thercic)、腰椎(lumbar)、荐椎(sacrum)和尾椎(caudal)五部分。颈椎骨通常为7枚，只有少数种类为6枚（如海牛）或8～10枚（如三趾树懒），绝大多数的哺乳类不论颈的长短（如长颈鹿和刺猬）都是7枚颈椎。第1个颈椎称寰椎，第2个颈椎称枢椎，寰椎呈环状，前面形成一对关节面与枕踝相关节，枢椎椎体前端形成齿突伸入寰椎的椎孔，赋予头部能灵活转向。胸椎常为13枚左右，各胸椎与肋骨相连结，并与肋骨和胸骨共同构成胸廓；胸骨分节，有飞翔能力的蝙蝠和营地下掘穴生活的鼹鼠等哺乳动物，有与鸟类相类似的龙骨突起。腰椎为4～7枚。荐骨为3～5枚，且融合为一，与腰带相关节；无后肢的鲸类，荐骨不明显。尾椎数随尾的长短而异，变化很大，3-150枚不等。
附肢骨骼
包括肩带、腰带、前肢骨、后肢骨。
1）肩带：由肩胛骨、乌喙骨、锁骨构成。陆栖哺乳动物肩带的肩胛骨十分发达，乌啄骨退化成肩胛骨上的一个突起。锁骨多趋于退化，有的无锁骨，如奇蹄类和偶蹄类。而在适于攀缘、掘土和飞翔生活的类群中锁骨则发达。可见锁骨发达程度与前肢活动方式关系密切，凡前肢作前后活动的种类其锁骨退化，前肢作左右活动的种类其锁骨发达。
2）腰带：由骼骨、坐骨和耻骨构成。骼骨与荐骨相关节，左右坐骨与耻骨在腹中线愈合成一块髓骨，构成关闭式骨盆。哺乳类的腰带愈合，加强了对后肢支持的牢固性。
3）前肢骨及后肢骨：其结构与一般陆生脊椎动物的模式类似，但前后脚掌（跖）、指（趾）骨，随不同的生活方式而有大变化，如蝙蝠特化为翼状肢，鲸为鳍状肢，奇蹄类、偶蹄类为捷行肢。除鲸目、海牛目、翼手目和部分有袋目外，哺乳动物的多数种类股骨下端前方有膝盖骨，膝关节向前转，提高了支撑和运动的能力，这是哺乳类有别于其他陆生脊椎动物的特征。按陆生哺乳动物四肢着地行走的不同方式，足型可分为跖行、趾行和蹄行性。其中以蹄行性与地面接触最小，是适应快速奔跑的足型。
肌肉
哺乳类的肌肉系统与爬行类基本相似，但其结构与功能均进一步完善。主要特征：四肢及躯干的肌肉具有高度可塑性。为适应其不同运动方式出现了不同的肌肉模式，如适应于快速奔跑的有蹄类及食肉类四肢肌肉强大。
皮肌十分发达。哺乳类的皮肌可分为两组：一组为脂膜肌，可使周身或局部皮肤颤动，以驱逐蚊蝇和抖掉附着的异物。脂膜肌还可把身体蜷缩成球或把棘刺竖立防御敌害，如鲮鲤、豪猪、刺猬。哺乳类中高等的种类脂膜肌退化，仅在胸部、肩部和腹股沟偶有保留。另一组皮肌为颈括约肌，其表层的颈阔肌沿颈部腹面向下颔及面部延伸，形成颜面肌及表情肌。哺乳类中的低等种类无表情肌，食肉动物出现表情肌，灵长类的表情肌发育好，而人类的表情肌最为发达，约有30块。围绕口周围有复杂的唇肌，在吮吸中发挥了十分重要的作用。此外，分布于颅侧和颧弓，止于下颌骨（齿骨）的颞肌和嚼肌强大，这与捕食、防御以及口腔的咀嚼密切相关。
隔肌为哺乳类所特有的肌肉，为一横位的随意肌，把内脏腔分隔成胸腔和腹腔，隔肌的活动有助于呼吸。
消化系统
哺乳动物的消化系统包括消化管和消化腺。在结构和功能上表现出的主要特点是，消化管分化程度高，出现了口腔消化，消化能力得到显著提高。与之相关联的是消化腺十分发达。
消化管
包括口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠、肛门等。
1）口腔：哺乳动物的口腔咀嚼和口腔消化陆上哺乳动物(10张)方式，引起了口腔结构的较大改变。出现了肉质的唇，为吸乳、摄食、辅助咀嚼的重要器官，并为发音吐字器官的组成部分。草食类哺乳动物的唇特别发达，有的上唇有唇裂，如兔。为适应口腔咀嚼活动，哺乳类口裂缩小，并在两侧牙齿的外侧出现了颊部，一些种类的颊部还发展了呈袋状结构的颊囊，用以贮藏食物，如猴。口腔顶壁由骨质的硬腭及软腭所构成，从而把鼻腔开口（内鼻孔）与口腔分隔开，鼻的通路即沿硬腭。软腭后行，直至正对喉的部位，后鼻孔开口于咽腔。腭部常有角质上皮的棱，可防止食物滑脱。草食及肉食种类有发达的角质棱。口腔内有十分发达的肌肉舌，有助于摄食、搅拌及吞咽，并为人类发音的辅助器官。舌表面分布有味蕾，为味觉器官。上、下颌骨上着生有异型齿，齿由齿槽长出，中有髓腔，充有结缔组织、血管和神经。因齿的形状和功用不同，可分为门齿一一切割食物，犬齿撕裂食物，臼齿咬、切、压、研磨食物等多种功能。哺乳动物的口腔内有耳下腺、颌下腺和舌下腺等3对唾液腺，有导管开口于口腔，可分泌唾液淀粉酶，对食物进行口腔消化。此外，一些哺乳动物以口腔唾液腺的蒸发失水，作为体温调节的一种形式。兔与鹿有4对唾液腺。
2）咽：哺乳动物的咽构造完善，前接口腔，后通喉与食道。由于次生腭的形成，内鼻孔也开口达咽部，故咽部是消化管与呼吸道的交叉处。在咽部两侧还有耳咽管（欧氏管）的开口，可调节中耳腔内的气压而保护鼓膜。咽部周围有淋巴腺体（扁桃体）分布。喉门外有一会厣软骨，其启闭以解决咽、喉交叉部位呼吸与吞咽的矛盾。
3）食道：紧接咽之后，为一细长的管，下端接胃。食道为食物通过之通道，无消化作用。
4）胃：是哺乳动物消化道的重要部分，其形态常因食性的不同而变化，多数哺乳类为单胃；草食性哺乳动物为复胃，又称反刍胃，一般由4室组成，即瘤胃、蜂巢胃（网胃）、瓣胃和腺胃（皱胃）。仅腺胃为胃本体，具有腺上皮，能分泌胃液，其他3个胃室均为食道的变形。具有复胃的草食性动物，在食物消化过程中要进行多次反刍，直至食物充分分解为止。
5）小肠：哺乳动物的小肠是消化道中最长的部分，包括十二指肠、空肠及回肠。小肠分化程度高，其粘膜富有绒毛、血管、淋巴和乳糜管，加强了对营养物质的吸收作用。
6）大肠：较小肠短，粘膜上无绒毛，其粘液腺能分泌碱性粘液保护和润滑肠壁，以利粪便排出。在大肠开始部的一盲支为盲肠，其末端有一蚓突。盲肠在单室胃的食草动物特别发达，除海象、犰狳、大食蚁兽、蹄兔等有1对盲肠外，其他哺乳动物都只有1个盲肠。哺乳动物的大肠可分为结肠与直肠，直肠直接以肛门开口于体外（泄殖腔消失），是哺乳类与两栖类、爬行类、鸟类的显著区别。
消化腺
哺乳动物的消化腺除3对唾液腺外，在横隔后面，小肠附近还有肝脏和胰脏，分别分泌胆汁和胰液，注入十二指肠。肝脏除分泌胆汁外，还有贮存糖原、调节血糖，使多余的氨基酸脱氧形成尿及其他化合物，将某些有毒物质转变为无毒物质，合成血浆蛋白质等功能。
呼吸系统
哺乳动物的呼吸系统十分发达，特别在呼吸效率方面有了显著提高。空气经外鼻孔、鼻腔、喉、气管而入肺。
鼻腔
哺乳动物的鼻腔可分为上端的嗅觉部分和下端的呼吸通气部分。鼻腔的上端有发达的鼻甲，其粘膜内有嗅细胞。此外，还有伸入到头骨骨腔内的鼻旁窦，增强了鼻腔对空气的温暖、湿润和过滤作用。同时，它也是发声的共鸣器。一般为一对外鼻孔，但鲸目特化为喷水孔，为单鼻孔。
喉
哺乳动物喉的构造完善。喉为气管前端的膨大部分，既是呼吸的通道，也是发音器官。喉由软骨、韧带、肌肉及粘膜构成。喉的入口称喉口，喉壁腹前缘的会厣软骨在吞咽时可遮盖喉口，食物和水经会厣上面进入食道，可防止食物和水误入气管。平时喉口开启，是空气进出气管的门户。由甲状软骨和环状软骨构成的喉腔，在中部的侧壁上有粘膜褶所形成的声带为发声器官，开始出现于无尾两栖类，但以哺乳类最发达（仅单孔类及有袋类缺如）。
气管
位于食道的腹面，进入胸腔后分叉成一对支气管通入肺。气管与支气管在结构上主要的特点是：管壁由许多背面不相衔接的软骨环支持，从而保证了空气的畅通。气管粘膜具纤毛上皮和粘液腺，可过滤空气，粘液腺分泌的粘液能粘住吸入的空气中的尘粒，在纤毛的推动下尘粒移至喉口，经鼻或口排出。
肺和胸腔
哺乳动物肺的结构最复杂，是由复杂的“支气管树”所构成，支气管分枝的盲端即为肺泡。肺泡数量十分巨大，因而大大增加了呼吸表面积，如羊的肺泡总面积可达50～90m2，马的肺泡达500m2，人的肺泡为70m2，相当于体表面积的40倍，明显地提高了气体交换的效果。肺泡之间分布有弹性纤维，在呼吸的配合下可使肺被动地回缩。
胸腔是容纳肺的体腔，为哺乳动物所特有，当呼吸活动进行时，肺的弹性口位，使胸腔呈负压状态，从而使胸膜的壁层和脏层紧贴在一起。此外，哺乳动物所特有的将胸腔与腹腔分开的横隔膜，在运动时可改变胸脏容积，再加上肋骨的升降来扩大或缩小胸腔的容积，使哺乳动物的肺被动地扩张和回缩，以完成呼气和吸气。
循环系统
哺乳动物的循环系统包括血液、心脏、血管及淋巴系统。其显著特征是在维持快速循环方面十分突出，以保证有足够的氧气和养料来维持体温的恒定。具左体动脉弓。红细胞无核。
血液
哺乳动物的血液与其他脊椎动物不同的是：红细胞无核，呈两凹扁圆盘状，仅骆驼科和长颈鹿科的红细胞呈椭圆形；红细胞体积较其他各纲脊椎动物小，如蛙的红细胞长短径为22．8μmX15．8μm，鸽为14.7μmX6．5μm，牛为5．1μmX5．1μm，麝为2．5μmX2．5μm；红细胞的数量哺乳也较其他脊椎动物为多，如兽类达600～1300万个。这些特征大大增加其表面积，并提高了与氧气结合的能力。
心脏
哺乳动物的心脏位于胸腔中部偏左处的心包腔内，腔内有少量液体，可减少心脏搏动时的摩擦。心脏的内部结构与鸟类基本一样，也为四腔，完全的双循环（最先出现，哺乳类比鸟类起源早）动静脉血不在心脏内混合。右心房、右心室与肺动静脉构成肺循环。右侧心房与心室壁均较薄，内贮静脉血，房室间有三尖瓣。左心房、左心室与体动静脉构成体循环。左侧心房与心室壁较厚，内贮动脉血，房室间具二尖瓣。所有这些瓣膜的功能，是保证血液沿一个方向流动，防止血液逆流。心脏肌肉的血液供应是由冠状循环完成的。
血管
包括动脉、静脉和毛细血管。哺乳动物动脉系统的突出特征是：仅具有左体动脉弓。左体动脉弓弯向背方为背大动脉直达尾部，沿途发出各个分支到达全身。哺乳动物的静脉系统趋于简化，以单一的前大静脉（上腔静脉）和后大静脉（下腔静脉）代替了低等四足动物的成对的前主静脉和后主静脉。肾门静脉消失，尾部及后肢的血液直接注入后大静脉回心。这样减少了一次通过微细血管的步骤，有助于加快血流速度和提高血压。此外，哺乳类的腹静脉在成体消失。奇静脉（右侧）与半奇静脉（左侧）代替了后主静脉。
淋巴
哺乳动物的淋巴系统十分发达，这可能与动、静脉内血管压力较大，组织液难于直接经静脉回心有关。淋巴管发源于组织间隙间，先端为盲端的毛细淋巴管，部分组织液通过渗透方式进入毛细淋巴管。进入毛细淋巴管的组织液，其成分与血浆近似，但蛋白质含量少，无红细胞和血小板。毛细淋巴管汇集为较大的淋巴管，后主要通过胸导管注入前大静脉回心。故淋巴液只作从组织到静脉到心脏的单向流动。淋巴管内有瓣膜可防止淋巴液逆流。淋巴管辅助组织液回流，对维持血量有重要作用。此外，淋巴管也是脂肪运输的主要途径，小肠的淋巴管(乳糜管）携带脂肪经胸导管输入前大静脉回心。淋巴结节是生成淋巴细胞的主要器官，并具有阻截异物、保护机体的功能。哺乳类淋巴节极为发达，遍布全身淋巴系统的通路上，尤其在颈部、腋下、鼠溪部、肠系膜等部位较集中。此外，扁桃体、脾脏和胸腺也是一种淋巴器官。
排泄系统
哺乳动物的排泄系统构造完善，包括肾脏、输尿管、膀胱和尿道。此外，皮肤也是哺乳类特有的排泄器官。排泄系统主要的功能是，将细胞代谢的废物排出体外，以及保持细胞生存所依赖的内环境相对稳定。肾脏是主要的排泄器官，哺乳动物的肾通常由一对组成，位于腹腔背面，脊柱的两侧。肾呈豆状，其内缘凹入称肾门，是动脉、静脉、神经扣输尿管等出入处。肾由皮质和髓质两部分组成。在肾门部，输尿管的起端扩大成肾盂。皮质在肾的外层，由无数肾小体、肾小管及血管构成。每一肾小体和肾小管组成一个肾单位，每一肾脏有数十万甚至数百万个肾单位，肾小体又由毛细血管盘曲而成的肾小球及包在其外的双层壁的肾小囊组成。从肾小囊通出的肾小管细长而盘曲，由皮质延伸到髓质。肾小管汇集到髓质内的集合管，许多集合管又组成肾乳头开口于肾盂，尿液即由此经输尿管流入膀胱，后再经尿道排出体外。
尿的形成包括肾小球的滤过作用、肾小管至集合管的重吸收作用及分泌作用。血液流经肾小球时，由于出球小动脉的管径较入球小动脉小，故使毛细血管内血压增加，因此血浆中的水分和除蛋白质以外的大部分物质可透过毛细血管壁及肾小囊壁而进入肾小囊。故尿之产生，系由血压高低滤过所致。哺乳动物的尿是由尿素构成，而其他羊膜动物则为尿酸构成。尿素由肾小管的分泌作用所产生，可使尿变浓。
神经系统
哺乳动物的神经系统高度发达，主要表现在大脑和小脑体积增大，发展了新脑皮，脑表面形成了复杂皱褶（沟和回），大大增加了新脑皮的表面积。
新脑皮
是由侧脑室外壁的神经物质生长而成，并包围着初生脑皮层（原脑皮），原脑皮的残余称为海马，在侧脑室内，仍为嗅觉中枢。大脑皮层由发达的新脑皮层构成，它接受来自全身的各种感觉器传来的冲动，通过分析综合，并根据已建立的神经联系而产生相应反映。左右大脑半球通过许多神经纤维互相联络。神经纤维所构成的通路称胼胝体，是哺乳动物（有胎盘类）特有的结构。
间脑
被大脑半球所覆盖，其上有松果体，为内分泌体，哺乳类之松果体趋于缩小。在间脑腹面发出的视神经，形成交叉称视神经交叉，其后以一柄与脑下垂体相联。间脑腔又称为第三脑室，十分发达。间脑壁内的神经结构主要有背方的丘脑又称为视丘与腹面的丘脑下部。丘脑是低级中枢与大脑皮层分析器之间的中间站，来自全身的感觉冲动均集中于此处，经间脑灰质换一神经原再入大脑皮层。腹面的丘脑下部是植物神经活动中枢，与内脏活动的协调有密切关系，并为体温调节中枢。
中脑
哺乳动物的中脑不发达，体积甚小，中脑腔狭窄呈一管，称中脑导水管，与第三、第四脑室交通。中脑背方具有四叠体，前面一对为视觉反射中枢，后面一对为听觉反射中枢。中脑底部由下行的运动神经纤维束构成较显著的脑足。
小脑
哺乳动物后脑的背部为极为发达的小脑，其主要机能是协调躯体肌肉运动和维持躯体正常姿势的平衡中枢。哺乳类的小脑在结构上所具有的特有的特征是具有小脑皮质，其灰质覆盖在表面，形成小脑皮层，白质呈树枝状深入灰质。此外，在两小脑半球之间以横行的神经纤维束构成哺乳类特有的脑桥，脑桥是小脑与大脑之间联络通路的中间站。
延脑
与脊髓相连接，两者结构相似。延脑除了构成脊髓与高级中枢联络的通路外，在白质内有上行的和下行的传导径路。灰质分散为一些神经核，神经核的神经纤维与相应的感觉和运动器官相联系。延脑还是重要的内脏活动中枢，可调节呼吸、消化、循环、汗腺分泌以及各种防御反射。延脑的背面有第四脑室。
哺乳动物脑的各部共发出12对脑神经，分别司感觉和运动的功能或兼而有之。这12对脑神经的名称、发出部位、分布及主要功能，以后均有论述。哺乳动物的植物神经系统十分发达，其主要功能是调节内脏活动和新陈代谢过程，保持体内环境的平衡。植物神经系统可分为交感神经系统和副交感神经系统。交感神经系统包括起源于脊髓胸腰段并通过交感神经链而分布到内脏器官的神经纤维。副交感神经系统由部分脑神经动眼神经、面神经、舌咽神经、迷走神经）与起源于脊髓荐部的神经所组成。交感神经与副交感神经对内脏器官的作用是拮抗的，也就是说绝大多数内脏器官受到交感神经和副交感神经的双重支配，例如刺激心交感神经使心搏加速，刺激迷走神经（副交感）使心搏减慢。
智力
哺乳动物神经系统高度发达，尤其大脑变得更加复杂，爬行动物出现的新脑皮被哺乳动物高度发展，形成高级神经活动中枢。神经元数量大增，两大脑半球之间出现了互相连接的横向神经纤维，即胼胝体。而且小脑发达，首次出现小脑半球。哺乳动物大脑皮层空前发达，这为运算、逻辑提供了必要的基础。这在哺乳动物之前的所有动物是不具备的。故哺乳动物的智力高于其他非哺乳动物。
感官
哺乳动物靠高度发达的感官来发现食物，躲避敌害，以及寻找合适的栖息环境，同时也是种类间通讯联系和一系列行为反应不可分的器官。当然，并非所有的类群感官都达到高度发展的水平，有些种类在许多方面处于退化状态，而在某一方面却高度特化。如哺乳类中视力退化的某些种类，快速运动时，还发展了特殊的高、低频声波脉冲系统，借听觉和声波回音来定位，蝙蝠即以高频声波回声定位，海豚以高频及低频两种水内声波回声定位。这在仿生学研究中有重要意义。
哺乳动物的感官高度发达，主要体现在它们的视觉、听觉和嗅觉构造的完善。
嗅觉
哺乳动物多数具有扩大的鼻腔和发达的鼻甲骨，嗅觉灵敏。如食肉类、偶蹄类和啮齿类嗅觉即相当发达。但鲸类、灵长类脑的嗅觉部分不发达，故其嗅觉不灵敏，海豚和鼠海豚则缺乏嗅觉器官。
视觉
哺乳动物的视觉器官与大多数羊膜动物相似。多数哺乳类的眼球发育良好。但一些营地下生活的食虫类、啮齿类和鲸类眼球则极度退化，甚至有些种类只保持区别亮与暗的能力。总的来说，哺乳类对光波的感觉灵敏，但对色觉的感受力差，这与大多数的兽类均为夜间活动有关。灵长目的辨色能力及对物体大小和距离的判断均较准确。
内分泌系统
哺乳动物的内分泌系统极为发达。由散在身体各处的内分泌腺体组成，包括脑垂体、甲状腺、副甲状腺、肾上腺、胰岛腺、胸腺和性腺等。它们所分泌的不同激素，有着不同的作用，彼此间也有一定的关联，共同组成一个内分泌系统。
生殖系统
哺乳动物生殖系统的主要特征是：雌性动物的两个卵巢都有机能，卵在输卵管内受精，胚胎在子宫内充满液体的羊膜囊中发育，胚胎发育所需营养来自母体胎盘血液。
雄性生殖腺
哺乳类的雄性生殖腺为一对睾丸，其位置常因种类的不同而异。多数种类的睾丸在繁殖期有移位或下降现象。除单孔目动物象、犀牛等的睾丸终生留在腹腔内以外，绝大多数哺乳动物的睾丸，在胚胎时便从腹腔经腹股沟下降到腹腔外的阴囊内。睾丸的移位可归纳为三个类型：①腹腔型睾丸。睾丸不发生位置变化，位于肾脏后方，如单孔目、长鼻目、蹄兔目、海牛目和食虫目部分科的动物。②腹股沟型睾丸。睾丸移至腹股沟内，如刺猬科、鳞甲目、管齿目、海豹科、貘科和小蝙蝠亚目。③阴囊型睾丸。睾丸移到一个呈悬垂状或不呈悬垂状的阴囊内，如反刍动物、灵长目及大多数的有袋目为悬状的阴囊；啮齿目、免形目、食肉目、马科、猪科、海狗科、大蝙蝠亚目等为不呈悬垂状的阴囊。
睾丸是由众多的曲细精管构成，是产生精子的器官。曲细精管间具有间质细胞，能分泌雄性激素。与曲细精管输出小管相联接的附睾，其管壁细胞分泌弱酸性粘液，以保证精子存活的适宜条件。附睾下端与输精管相联，输精管下端达于尿道。精液经尿道、阴茎通体外。此外，精囊腺、前列腺、尿道球腺是重要的附属腺体，它们的分泌物是构成精液的主体，并能促进精子的活性。其中前列腺分泌之前列腺素可促进子宫收缩，有助于受精。阴茎为交配器官，主要由海绵体构成，尿道贯行其中。
雌性生殖腺
为一对卵巢，其表层为生殖上皮，内有由生殖上皮产生的处于不同发育时期的滤泡，每个滤泡内含有一个卵细胞，其外有滤泡液，含有雌性激素，卵成熟滤泡破裂，卵及卵泡液即排出。其他残余的滤泡即萎缩，由一种黄色细胞所充满，成为黄体，可分泌激素，促进子宫和乳腺发育，为妊娠做好准备。成熟的卵排出后进入输卵管前端的开口，在输卵管上段完成受精后，沿输卵管下行达于子宫，受精卵即种植于子宫壁上进行发育。子宫经阴道开口于体外。哺乳类子宫有多种类型，有的为原始的双子宫，如兔形目、啮齿目和蹄兔目；有的为双分子宫，如鲸目；有的为双角子宫，如食虫目、鳞甲目、食肉目、海牛目、长鼻目、奇蹄目、偶蹄目、翼手目及灵长目的部分种类；还有一种为两个子宫完全愈合为一的单子宫，如翼手目及灵长目的部分种类。这些不同类型子宫的发展，是由原始的双子宫向单子宫发展。单子宫的产仔数目通常较双子宫为少.
本钢之最最大的哺乳动物：蓝鲸
最大的陆生哺乳动物：非洲象
最高的陆生哺乳动物：长颈鹿
跑得最快的哺乳动物：猎豹
最臭的哺乳动物：美洲臭鼬
最低等的哺乳动物：鸭嘴兽
