Todos (com raras excepções) apresentam o corpo coberto de pêlos, alimentam as crias com leite produzido pelas glândulas mamárias (o que deu o nome à classe) e têm temperatura interna constante.
Os cuidados com a prole são os mais desenvolvidos do reino animal e atingem o seu clímax com a espécie humana. São, ainda, extremamente adaptáveis, modificando o seu comportamento de acordo com as condições do meio. Alguns grupos, principalmente primatas, formam sociedades muito complexas.
Única dos mamíferos é a capacidade de brincar. Os jovens mamíferos aprendem quase tudo o que necessitam de saber para a sua vida adulta através de brincadeiras, onde as crias experimentam, entre si e com adultos, as técnicas de caça, luta e acasalamento. Estas brincadeiras estabelecem frequentemente uma hierarquia que se manterá na fase adulta, evitando conflitos potencialmente perigosos para os indivíduos.
Os antepassados dos mamíferos foram um grupo de répteis designados terapsídeos. Estes animais eram pequenos carnívoros activos e viveram no período Triássico (225 M.a. atrás). Além de importantes diferenças a nível do crânio, os terapsídeos desenvolveram um esqueleto mais leve e flexível, com os membros alinhados por baixo do corpo, tornando-os mais ágeis e rápidos.
A transição de réptil para mamífero terminou há cerca de 195 M.a., coincidindo com a ascensão dos dinossauros, ameaçando os recém-formados mamíferos de extinção. No entanto, a sua capacidade de controlar a temperatura interna talvez explique porque os mamíferos sobreviveram ao arrefecimento global do fim do Mesozóico.
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