- Cuerpo cubierto con pelo, aunque puede ser reducido en algunas especies.
- Tegumento o piel provisto con glándulas mamarias, sudoríparas, odoríferas y sebáceas.
- Gran desarrollo del sistema nervioso, sobre todo la parte frontal del encéfalo, con la formación de una corteza cerebral que se ha traducido en un desarrollo mayor de la inteligencia;
- Circulación con corazón tetracameral; sólo tienen un único arco aórtico del corazón en el lado izquierdo del cuerpo; aorta izquierda persistente y eritrocitos no nucleados y bicóncavos.
- Sistema respiratorio pulmonar con una caja de resonancia para la voz, paladar secundario blando que separa el ducto digestivo del respiratorio y un diafragma muscular que separa la cavidad torácica de la cavidad pulmonar.
- Esqueleto formado por cráneo con dos cóndilos occipitales y paladar óseo secundario, una articulación especial entre el hueso de la tibia y los huesos del tarso en el tobillo, tres huesecillos auditivos (martillo, yunque y estribo) en el oído medio.
- Boca con dientes que se mudan y que varían en estructura y función con un solo hueso, el maxilar inferior o dentario en la mandíbula inferior.
- La mayoría de los miembros del grupo tienen cuatro extremidades que pueden adaptarse a la natación (como en las focas) o al vuelo, como las alas de los murciélagos. Por el contrario, otros mamíferos sólo tienen un par de extremidades y, en algunos casos, se han reducido hasta convertirse en apéndices vestigiales (como es el caso de las ballenas) o se han perdido para siempre, como en la vaca marina.
- Párpados móviles y oídos externos carnosos.
- Todos los mamíferos, excepto los monotremas (ponen huevos), paren crías vivas (viviparismo), que pasan las primeras fases de su desarrollo embrionario dentro de una cavidad del cuerpo de la madre.