Os mamíferos se reproduzem sexualmente, por meio da união de espermatozoides e óvulos. Exceto cinco espécies de mamíferos produtores de ovos, chamados monotremados, todos os mamíferos dão à luz filhotes vivos.
Os mamíferos possuem dois tipos principais de células: células somáticas e células sexuais. As células somáticas são responsáveis pela maioria das células do corpo e são responsáveis pelo crescimento, reparo e cura. O espermatozóide e as células sexuais do óvulo contêm um conjunto de cromossomos cada e se fundem durante a reprodução sexual para formar um zigoto que mais tarde se desenvolve em embrião e depois em feto. Na maioria dos mamíferos, o feto se desenvolve no útero até ser capaz de sobreviver fora do corpo da mãe. Nos mamíferos com bolsa, chamados marsupiais, a prole nasce muito cedo e termina o desenvolvimento na bolsa da fêmea. A placenta se forma em algumas espécies de marsupiais, enquanto um saco vitelino simples fornece nutrientes vitais para outras.
Cinco espécies de mamíferos, chamados monotremados, na verdade põem ovos. Monotremados, incluindo o ornitorrinco-bico-de-pato e quatro espécies de equidna, são todos nativos da Austrália e da Nova Guiné. Como os pássaros, os monotremados possuem uma cloaca, que é um orifício único que serve tanto para a reprodução quanto para a excreção. Os ovos recebem nutrição do corpo da fêmea por algumas semanas antes de serem postos. Como outros mamíferos, os monotremados têm glândulas mamárias e alimentam seu leite jovem.
