Os mamíferos se distinguem de outros animais por terem glândulas mamárias e folículos pilosos complexos e pela estrutura de seus crânios, que apresentam ossos da mandíbula altamente modificados. Os mamíferos também têm sangue quente e vários de adaptações para permitir alto metabolismo.
Talvez a diferença mais óbvia entre os mamíferos e outros animais seja o cabelo. Mesmo os mamíferos que não têm cabelo quando adultos, como as baleias, têm o cabelo como embriões minúsculos e, mais tarde, perdem o cabelo à medida que continuam a se desenvolver. O cabelo funciona principalmente para manter o calor do corpo, mas também serve como camuflagem. Alguns mamíferos, como os porcos-espinhos, têm pêlos altamente modificados que são usados como defesa.
A característica que dá nome aos mamíferos é a glândula mamária, que é uma glândula sudorípara modificada que produz leite, um líquido nutritivo que ajuda os mamíferos jovens a crescer. A evolução do leite está provavelmente ligada à difiodontia em mamíferos. Difiodontia significa que os mamíferos têm dois conjuntos de dentes ao longo da vida. Os primeiros dentes, chamados de dentes de leite em humanos, são relativamente fracos, pois os mamíferos jovens não precisam mastigar a comida. A maioria dos outros animais cresce continuamente e substitui os dentes ao longo da vida.
As mandíbulas dos mamíferos são muito diferentes das mandíbulas de outros animais de outras maneiras. Nos répteis, a mandíbula inferior é composta por vários ossos. Nos mamíferos, a mandíbula inferior é um único osso. Os ossos restantes da mandíbula em mamíferos evoluíram para ser muito pequenos e servem como um aparelho auditivo dentro do ouvido.
As adaptações dos mamíferos para o sangue quente incluem um coração de quatro câmaras, que é capaz de movimentar o sangue pelo corpo com mais eficiência e manter o sangue pobre em oxigênio separado do sangue rico em oxigênio. Isso mantém mais oxigênio fluindo para o resto do corpo, para permitir uma maior taxa de metabolismo e uma temperatura corporal mais alta.
