一般说来，哺乳动物是动物发展史上最高级的阶段，也是与人类关系最密切的一个类群。哺乳动物具备了许多独特特征，因而在进化过程中获得了极大的成功。下面逐一介绍他们的特征：
1.皮肤
哺乳动物的皮肤致密，结构完善，有着重要的保护作用。皮肤能控制体温，还有良好的抗透水性和敏锐的感觉功能。为适应于多变的外界条件，哺乳动物皮肤的质地、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：（1）皮肤的结构完善。哺乳动物的皮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储藏有丰富的脂肪，故又称为皮下脂肪细胞层。（2）皮肤的衍生物多样。哺乳动物的皮肤衍生物，包括皮肤腺、毛、角、爪、甲、蹄等。
乳腺为哺乳类所特有的腺体，它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个不等，常与产仔数有关。低等哺乳动物单孔类不具有乳头，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，它的主要机能是蒸发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，而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明显退化。
2.毛
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）。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
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，角质鞘习惯称为角，成双着生在额骨上，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。除少数两性具有角（如驯鹿）或不具有角（如麝、獐）之外，一般仅雄性具有角。
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有小叉，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。
长颈鹿角由皮肤和骨所构成，骨心上的皮肤与身体其他部分的皮肤几乎没有差别。
表皮角完全由表皮角质层的毛状角质纤维所组成，无骨质成分，为犀科所特有。角的着生位置特殊，在鼻骨正中。而双角种类的两角呈前后排列，前角生在鼻部，后角生长在颔部。
4.骨骼
哺乳动物的骨骼系统发达，其支持、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，具有两个枕骨踝，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，出现肘和膝，将躯体撑起，以适应陆上快速运动。
由于哺乳类的脑、感官的发达以及口腔咀嚼的产生，因此颅骨相当大。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。
哺乳动物的脊柱由一系列椎骨组成，可分为颈椎、胸椎、腰椎、荐椎和尾椎五部分。颈椎骨通常为7枚，只有少数种类为6枚（如海牛）或8～10枚（如三趾树獭），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的能力。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以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。
5.神经系统
哺乳动物和其他动物最大的区别在于它的神经系统。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，哺乳类的松果体趋于缩小。在间脑腹面发出的视神经，形成交叉，我们称为视神经交叉，其后以一柄与脑下垂体相连。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。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在此处，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，也是体温的调节中枢。
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循环、汗腺分泌以及各种防御反射。延脑的背面有第四脑室。