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信息，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。
第三节哺乳动物的分类和分布
1．哺乳动物的分类
众所周知，哺乳动物形形色色，但哺乳动物纲可分为原兽亚纲和兽亚纲两个亚纲。原兽亚纲包括现存的单孔目和众多的早期哺乳动物。其中单孔目为卵生，这个亚纲的史前成员可能也是卵生。原兽亚纲也常被分成三个不同的亚纲，其中单孔目保留在原兽亚纲，一些最早期的哺乳动物被列为始兽亚纲，而多瘤齿兽类被单列为异兽亚纲。兽亚纲是胎生的哺乳动物，包括现存绝大多数哺乳动物以及一些早期的哺乳动物。现存的兽亚纲可分为后兽下纲和真兽下纲，后兽下纲即有袋类，可能兽亚纲的其他早期成员也具有类似有袋类的特征；
真兽下纲即有胎盘类，是自新生代以来在大多数地区占统治地位的动物。哺乳动物的现存种类在脊椎动物中算是比较少的，平常也不如鸟类等容易见到，但是地位非常重要，占据着食物链的各个环节。从初级消费直到食物链顶端，其体型和习性的差别之大没有其他现存动物可以相比，而有些哺乳动物仅一个种类就可对环境造成巨大的影响。哺乳动物虽然在海洋和天空并未占据优势，但却是海洋和天空中不可忽视的成分。哺乳动物的这种多方面的发展，除了中生代的爬行动物以外，还没有其他动物可以与之相提并论。哺乳动物的史前种类比现存类型更具多样性。
2．哺乳动物的分布
哺乳动物五花八门，分布很广，根据其区系特征，全世界被划分为7个动物地理界：古北界、新北界、新热带界、埃塞俄比亚界、东洋界、大洋洲界、南极界。各地理界均有自己独特的兽类区系，包括特有的目、科、属、种和亚种。世界各动物地理界之间的兽类区系从北向南差异越来越大。在古北界和新北界的北部，有许多共同的种，只有亚种的差异；南部开始有不同的种、属；再向南，各地理界之间则有不同的科、目。
中国地跨古北、东洋两界。北方属古北界，哺乳纲的代表科有鼠兔科、河狸科、蹶鼠科、跳鼠科、睡鼠科；
南方属东洋界，代表科有长臂猿科、懒猴科、大熊猫科、灵猫科、鼷鹿科、穿山甲科、狐蝠科、象科、猪尾鼠科、竹鼠科等。
第四节我国的哺乳动物资源
我国具有多种气候条件，从寒温带、温带、暖温带、亚热带到热带，以及西部高原的东原带，植被随气候条件相应变化，动物生活的外界环境极为多样，因而，动物种类非常丰富，是个哺乳动物大国，特产种类也比较多。世界现有哺乳动物4000多种，而我国就有430多种，约占全球种类的10.72％，其中有些是我国特有的珍稀动物。下面是对我国哺乳动物资源的简单介绍：我国东北邻近俄罗斯、朝鲜、日本的附近分布的哺乳动物种类有鼠兔科的鼠兔、紫貂、原唇、花鼠、大林姬鼠、狭颅田鼠、长尾黄鼠以及缺鼠鼹、东北兔、东北鼢鼠、沼地田鼠等。
南抵秦岭——淮河、西起西倾山、东临黄海和渤海的华北区，包括西部黄土高原、北部的冀热山地及东部的黄淮平原。气候属温带，冬寒夏热。属本区特有或主要分布在本区的种类为大仓鼠、棕色田鼠、林猬和麝鼹等少数种类。本地区的主要特点是南北耐湿动物在本区互相渗透，主要哺乳动物有猕猴和果子狸、黄喉貂等。横贯欧亚大陆湿润地带的种类如狍、斑羚羊、花鼠、北方田鼠、大仓鼠、长尾仓鼠等在本区也有分布。黄淮平原为开阔的农耕区，动物种类贫乏，主要为几种仓鼠、中华鼢鼠、刺猬、麝鼹等。
内蒙古和鄂尔多斯高原、阿拉善、河西走廊，塔里木、柴达木、准噶尔等盆地和天山山地等地区为典型的大陆性气候，属荒漠和草原地带，主要有黄羊、达乌尔鼠兔、达乌尔黄鼠、小毛足鼠、草原鼢鼠、长爪沙鼠、草原田鼠、草原旱獭等动物。
西部荒漠地区属于典型的荒漠种类，与蒙古接壤的砾质和砂质戈壁地带分布了如栓柳沙鼠、短耳沙鼠、红尾沙鼠、大沙鼠、子午沙鼠、五趾心颅跳鼠、三趾心颅跳鼠、肥尾心颅跳鼠、长耳跳鼠、五趾跳鼠、小五跳鼠、巨泡五趾跳鼠、羽尾跳鼠、三趾跳鼠、小耳跳鼠等典型荒漠种类，食肉类广布种类中有虎鼬、漠猫、兔狲和沙狐。有蹄类有野生双峰驼、野驴以及几种羚羊，为本区代表种类。天山山地森林种类有马鹿、狍等。
青藏高原地区动物贫乏，主要种类为野牦牛、藏羚、野驴等。青海西藏地区，自然条件垂直变化比较明显，气候随海拔降低而较温暖。高山带以下主要是草原环境。东南部有高山针叶林，动物区系中包括出现在针叶林或高山灌丛和高山草甸的种类，如白唇鹿、马踌、松田鼠、马鹿。其中狭颅鼠兔、川西鼠兔、木里鼠兔只在本区出现。其他的种类如大耳鼠兔、藏鼠兔、间颅鼠兔、红耳鼠兔、黑唇鼠兔和灰鼠兔等在其他区域有一定程度的扩展。这个地带为现代鼠兔最繁盛的中心。雪豹、白鹿、藏狐、藏原羚、岩羊、盘羊、喜马拉雅旱獭、藏苍鼠等也为广泛分布的种类。
西南区包括四川两部，以及昌都地区东部。北起青海、甘肃南缘，南抵云南北部，即横断山脉部分，西至喜马拉雅的南坡针叶林带以下的山地。境内布满高山峡谷，地形起伏大，自然条件的垂直差异显着，因而本地区动物也以明显垂直变化为特征。大熊猫和小熊猫为本地区的典型代表，特别是大熊猫科为我国特有，大熊猫分布在横断山脉的中部和北部，并向东延伸至秦岭南坡。
小熊猫分布在整个横断山脉，并向西延伸至喜马拉雅山以及缅甸等国。食虫目的（鼩）鼹、多齿（鼩）鼹、长尾（鼩）鼹、甘肃鼹、川（鼩）、蹼麝（鼩）等单型属种类和非单型属中的背纹（鼩）（鼱）、四川水麝（鼱）和几种长尾（鼩）等，种类的分布范围，与大熊猫分布范围大致相同，均以横断山脉为分布中心。横断山脉是较古老的动物保存得最多的地区，因而可能是物种的保存中心或形成中心。类似这类动物的分布范围还有白臀鹿，啮齿类中包括鼯鼠、灰鼯鼠、掠足鼯鼠、侧纹岩松鼠、四川田鼠、沟牙田鼠以及多种绒鼠。类似于小熊猫分布范围的有羚牛、林麝。在啮齿类有丽鼯鼠、黑白鼯鼠。主要分布在喜马拉雅山南坡的有塔尔羊、锡金松田鼠、锡金长尾（鼩）和印度长尾（鼩）。此外还有长尾叶猴、红斑羚和菲氏鹿。以上种类中，大多为我国所特有。
四川盆地以东的长江流域：西半部北起秦岭，南至长江上游，除四川盆地外，主要是山地和高原。东半部为长江中下游流域，并包括东南沿海丘陵的北部，主要是平原和丘陵。北界自秦岭、伏牛山、大别山向东，大致沿淮河流域南部，而终于长江以北通扬运河一线。本区特有的种类不多。
在东部丘陵平原区分布广泛的哺乳动物种类有穿山甲、短尾猴、小灵猫、食蟹檬、金猫、黄鹿、毛冠鹿、水鹿、鬣羚、赤腹松鼠、中华竹鼠、大鼯鼠、红白鼯鼠以及多种家鼠。限于本区的特有种类有黑鹿、樟、白鳍豚，此外只分布在西部山地高原地区的种类尚有金丝猴、羚牛和扫尾豪猪。
华南区：包括云南与两广南部、福建省东南沿海一带，以及台湾、海南岛和南海各群岛。在我国范围内的动物中，主要代表性动物有：几种长臂猿、懒猴、熊猴、几种叶猴、亚洲象、熊狸、大斑灵猫、椰子猫，以及广泛分布的毛猥、背纹鼬、豚鹿、鼷鹿、野牛、兰腹松鼠、巨松鼠、笔尾树鼠、长尾攀鼠等，其中有许多只限于云南最南部。在亚热带地区代表性科中有树（鼩）、棕果蝠、银星竹鼠等。