I mammiferi si distinguono dagli altri animali avendo ghiandole mammarie e follicoli piliferi complessi e dalla struttura dei loro crani, che presentano ossa mascellari altamente modificate. I mammiferi sono anche a sangue caldo e hanno un numero di adattamenti per consentire un alto metabolismo.
Forse la differenza più ovvia tra mammiferi e altri animali sono i capelli. Anche i mammiferi che non hanno i capelli da adulti, come le balene, hanno i capelli piccoli come embrioni, e in seguito perdono i loro capelli mentre continuano a svilupparsi. I capelli funzionano principalmente per mantenere il calore del corpo, ma serve anche come mimetizzazione. Alcuni mammiferi, come i porcospini, hanno peli altamente modificati che vengono usati come difesa.
La caratteristica per cui i mammiferi prendono il nome è la ghiandola mammaria, che è una ghiandola sudoripare modificata che produce latte, un liquido nutriente che aiuta i giovani mammiferi a crescere. L'evoluzione del latte è probabilmente legata alla diphyodonty nei mammiferi. Diphyodonty significa che i mammiferi hanno due serie di denti per tutta la vita. I primi denti, chiamati denti da latte nell'uomo, sono relativamente deboli, poiché i giovani mammiferi non hanno bisogno di masticare il loro cibo. La maggior parte degli altri animali cresce e rimpiazza continuamente i loro denti per tutta la vita.
Le mascelle dei mammiferi sono molto diverse dalle altre mascelle degli animali in altri modi. Nei rettili, la mascella inferiore è composta da più ossa. Nei mammiferi, la mascella inferiore è un osso singolo. Le restanti ossa mascellari nei mammiferi si sono evolute fino a diventare minuscole e servono come apparecchi acustici all'interno dell'orecchio.
Gli adattamenti dei mammiferi per il sangue caldo includono un cuore a quattro camere, che è in grado di muovere il sangue intorno al corpo in modo più efficiente e mantenere sangue povero di ossigeno separato dal sangue ricco di ossigeno. Ciò mantiene più ossigeno che scorre al resto del corpo, per consentire un più alto tasso di metabolismo e una più alta temperatura corporea.
