I mammiferi si riproducono sessualmente, tramite l'unione di spermatozoi e cellule uovo. Ad eccezione di cinque specie di mammiferi che depongono uova, chiamati monotremi, tutti i mammiferi danno alla luce giovani vivi.
I mammiferi possiedono due tipi principali di cellule: cellule somatiche e cellule sessuali. Le cellule somatiche rappresentano la maggior parte delle cellule del corpo e sono responsabili per la crescita, la riparazione e la guarigione. Le cellule sessuali dello sperma e dell'uovo contengono una serie di cromosomi ciascuna e si fondono durante la riproduzione sessuale per formare uno zigote che successivamente si sviluppa in un embrione e quindi in un feto. Nella maggior parte dei mammiferi, il feto si sviluppa nell'utero fino a quando non è in grado di sopravvivere al di fuori del corpo materno. Nei mammiferi pouched, chiamati marsupiali, i figli nascono molto presto e finiscono lo sviluppo nella tasca della femmina. Una placenta si forma in alcune specie di marsupiali, mentre un semplice sacco vitellino fornisce nutrienti vitali in altri.
Cinque specie di mammiferi, chiamate monotremi, depongono effettivamente uova. I monotremes, tra cui l'ornitorinco a becco d'anatra e quattro specie di echidna, sono tutti originari dell'Australia e della Nuova Guinea. Come gli uccelli, i monotremi possiedono una cloaca, che è un unico orifizio che serve sia per la riproduzione che per l'escrezione. Le uova ricevono nutrimento dal corpo della femmina per alcune settimane prima di essere deposte. Come altri mammiferi, i monotremi hanno ghiandole mammarie e nutrono il loro latte giovane.
