São os animais mais evoluídos e também originam-se a partir dos répteis primitivos.
A característica principal desta classe é a presença de glândulas mamárias desenvolvidas, nas fêmeas, para a nutrição de seus filhotes. Pelo fato de apresentarem, em sua maioria, desenvolvimento embrionário no interior no útero da mãe, o risco de serem devorados por predadores nessa fase é o mínimo possível.
São também homeotermos e vivem em todos os tipos de habitat: regiões frias, quentes, secas, úmidas, aquáticas, etc.

Sistema Tegumentário

Os mamíferos são revestidos por uma pele que apresenta pêlos e glândulas (mam rias, seb cias e sudoríparas), além de alguns anexos como: chifres, garras, unhas, cascos, espinhos, etc.

Sistema Digestivo

O sistema digestivo é completo. Na boca, além da língua, há diferentes tipos de dentes (incisivos, caninos, pré-molares e molares). O estômago é simples, pórem nos ruminantes possui quatro câmaras (pança, barrete, folhoso e coagulador). Só os monotremos possuem cloaca; os demais possuem ânus anexos do sistema digestivo: fígado, pâncreas e glândulas salivares.
Os ruminantes apresentam um estômago denominado polig strico, isto é, com 4 câmaras separadas. O trajeto do alimento inicia-se na boca onde é mastigado e misturado com saliva; após a deglutição, desce pelo esôfago e dirige-se à primeira câmara, o rúmem ou pança. Em seguida, vai para o retículo ou barrete, onde é transformado em bolinhas que serão regurgitadas. Após a ruminação, o alimento é novamente deglutido, dirigindo-se, agora ao omaso ou folhoso, onde ocorre a absorção de água. Em seguida, vai para o único compartilhamento semelhante ao dos outros mamíferos, o abomaso ou coagulador. Saindo do estômago, o bolo alimentar agora segue um trajeto igual ao dos demais mamíferos. São ruminantes: boi, girafa, camelo, lhama, veado, etc.

Sistema Excretor

São urotélicos, ou seja, excretam principalmente uréia através dos rins metanefros, os ureteres desembocam na bexiga urinária, da qual sai a uretra, que conduz os produtos de excreção (principalmente a uréia) ao exterior, em geral, por uma abertura independente do aparelho digestivo.

Sistema Respiratório

Respiração pulmonar (pulmões com alvéolos); laringe com cordas vocais (exceto nas girafas); diafragma separando os pulmões e o coração da cavidade abdominal, sendo o principal músculo dos movimentos respiratórios.

Sistema Circulatório

A circulação é dupla e completa. Coração (revestido pelo pericárpio) completamente dividido em 4 câmaras (2  trios, 2 ventrículos); persiste apenas o arco esquerdo; glóbulos vermelhos anucleados, geralmente em forma de discos bicôncavos. A circulação é fechada, dupla e completa.

Sistema Esquelético

Crânio com dois côndilos occipitais, três ossículos auditivos (martelo, bigorna e estribo); boca com dentes (raramente ausentes) em alvéolos nos 2 maxilares e diferenciados em relação aos hábitos alimentares.
Coluna vertebral com cinco regiões bem diferenciadas: cervical, torácica, lombar, sacral e caudal.
Quatro membros (cetáceos e sirênios sem membros posteriores); cada pé com 5 (ou menos) artelhos e variadamente adaptados para andar, correr, trepar, cavar, nadar ou voar; artelhos com garras, unhas ou cascos córneos e frequentemente almofadas carnosas.

- Plantígrados - apóiam toda a planta dos pés (homem, urso).

- Digitígrafos - apóiam apenas os dedos (gato, cão).

- Ungulígrados - apóiam o casco (são os Ungalata cavalo).

Sistema Nervoso

O SNC é constituído pelo incéfalo e pela medula espinhal. O encéfalo é bem desenvolvido e possui dois hemisférios subdividos em lobos. O sistema nervoso periférico apresenta doze pares de nervos cranianos e nervos radiquianos que saem da medula espinhal.
Possuem ouvido interno, médio e externo, este com pavilhão auditivo (orelha). Olhos, em muitas espécies, com visão de cores. Possuem o olfato e o gosto vem desenvolvidos e, ainda, a superfície do corpo com inúmeras estruturas sensoriais.

Reprodução

Os machos apresentam pênis, testículos protegidos por uma bolsa escrotal para manutenção da temperatura um pouco abaixo da corpórea; fecundação interna e ovos oligolécitos, ou seja, com pouco vitelo.
Possuem, ainda, todos os anexos embrionários anteriores, mais o aparecimento de uma placenta com cordão umbilical, permitindo a ligação entre mãe e filho. Após o nascimento, o filhote é alimentado pelo leite produzido nas glândulas mamárias.

Sistemática

Na classe Mammalia, encontramos cerca de 6000 espécies, enquadradas em:

Subclasse PROTOTHERIA (ADELPHIA)

Aplacentados ovíparos (sem útero e sem vagina). Ordem Monotremata, exemplo: ornitorrinco e équidna.
São muito primitivos e vivem na Austrália. O ornitorrinco possui um bico semelhante ao do pato, patas com membrana natatória e cloaca. A fêmea não possui tetas: o leite sai das glândulas com o suor, empanando os pêlos do peito, que são lambidos pelos filhotes. A fêmea põe de 1 a 3 ovos com cerca de 1,3 por 2,0 cm.
A équidna possui bico alongado, cilíndrico, língua protátil, corpo coberto com pêlos grossos e espinhos, pernas curtas. Tem hábitos noturnos e alimenta-se de formigas encontradas embaixo de pedras. A fêmea põe um ovo, provavelmente carregado na bolsa (marsúpio) do abdome.

Subclasse THERIA

- Infraclasse METATHERIA (DIDELPHIA).

Ordem Marsupialia
Placentados com útero e vagina duplos. (A placenta é pouco desenvolvida ou ausente).
Fêmea geralmente com bolsa ventral (marsúpio) ou dobras marsupiais circundando tetas no abdome. Fecundação interna; começo do desenvolvimento no útero, mas, após alguns dias, os embriões "nascem" e rastejam até o marsúpio, onde se prendem, pela boca, às tetas, e aí permanecem até estarem completamente formados, exemplos: canguru, gambá, cuíca, coala.

- Infraclasse EUTHERIA (MONODELPHIA)

Verdadeiros placentados, com um útero e vagina única; vivíparos; sem cloaca.

As principais ordens são:

Chiroptera (quirópteros) mamíferos voadores: morcegos.

Edentata (edentados) dentes reduzidos aos molares ou ausentes: tamanduás, preguiças, tatus.

Lagomorpha (lagomorfos) 3 pares de dentes incisivos que crescem continuamente: lebres e coelhos.

Rodentia (roedores) 2 pares de dentes incisivos que crescem continuamente: ratos, camundongos, esquilos, castores.

Cetacea (cetáceos) - mamíferos aquáticos: baleias, golfinhos e botos.

Carnivora (carnívoros) - dentes caninos muito desenvolvidos: cão,gato, leão, lobo, hiena, coiote, urso, tigre, quati, lontra, foca,jaguatirica.

Perissodactyla - mamíferos ungulados de dedos ímpares: cavalo, rinoceronte, anta, asno, zebra.

Artiodactyla - mamíferos ungulados de dedos pares: boi, porco, camelo, girafa, hipopótamo, búfalo, alce, cabra.

Proboscidea (proboscídeos) - nariz e l bio superior formam uma proboscide muscular longa e flexível, a tromba: elefantes.

Sirenia (sirênios) - corpo fusiforme, aquáticos: peixe-boi.

Primata (primatas) - cabeça formando ângulo reto com o pescoço; ossos das pernas separados; olhos dirigidos para frente; onívoros: lêmures, macacos, homem.

Observações:
Dá-se o nome de ungulados aos animais portadores de cascos. Os unguiculados são os portadores de garras (quirópteros, edentados, carnívoros, roedores e lagomorfos).