哺乳动物具备了许多独特特征,因而大大提高了后代的成活率、增强了对自然环境的适应能力,最重要的特征是:智力和感觉能力的进一步发展;保持恒温;繁殖效率的提高;获得食物及处理食物的能力的增强;体表有毛、胎生,一般分头、颈、躯干、四肢和尾五个部分;用肺部呼吸;体温恒定,是恒温动物;脑较大而发达。
哺乳和胎生是哺乳动物最显著的特征。胚胎在母体里发育,母体直接产出胎儿。母体都有乳腺,能分泌乳汁哺育胎儿。这一切涉及身体各部分结构的改变,包括脑容量的增大和新脑皮的出现,视觉和嗅觉的高度发展,听觉比其他脊椎动物有更大的特化;牙齿和消化系统的特化有利于食物的有效利用;四肢的特化增强了活动能力。
哺乳动物另一个的特征是具有乳腺(无论雌雄),其中雌性哺乳动物的乳腺高度发达。在辨别雄性和雌性哺乳动物上,可以根据汗腺、毛发、中耳听小骨以及脑部新皮质上的不同来区别。除五种单孔目的哺乳动物外,所有哺乳动物都是直接生产后代的。大多数的哺乳动物拥有专门适应其生存条件而成的牙齿。哺乳动物以脑调节体内温度和循环系统(包括心脏)。
常见的哺乳动物有:人类、虎、狼、鼠、鹿、象、鲸、海豚、鼬等。所有哺乳动物都是恒温动物,体表的皮毛可以帮助保持体温。哺乳动物的牙齿有分化,既提高了哺乳动物摄取食物的能力,有增强了对食物的消化能力。几乎所有哺乳动物都为胎生,所有的哺乳动物幼年都需要用母乳喂养。
自侏罗纪晚期起,哺乳动物便开始登上大自然的历史舞台。最早的哺乳动物化石是在中国发现的吴氏巨颅兽(Hadrocodium wui),它生活在2亿年前的侏罗纪。从化石上看,哺乳动物(尤其是早期的哺乳动物)与爬行动物非常重要的区别在于其牙齿。
爬行动物的每颗牙齿都是同样的,彼此没有区别,而哺乳动物的牙齿按它们在颌上的不同位置分化成不同的形态,动物学家可以透过各种牙齿类型的排列(齿列)来辨识不同品种的动物。