特征
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现生的哺乳动物都有汗腺，某些物種的汗腺分化为可以产奶的器官以哺育幼崽[67]。然而，在分類化石的時候，汗腺並沒有辦法作為辨別哺乳動物的特徵，因為化石無法保存軟組織[68]。
早期哺乳动物具有许多共同特征：
顎关节——下颌骨和鳞骨（颅骨中的一块小型骨骼）连接，形成下颚。大多数有颔下门动物（包括早期的獸孔目）的颚关节还有关节骨（下颚后方的小骨）和方骨（上颚后方的小骨）[44]。
中耳——在冠群哺乳动物中，声音从鼓膜通过三块连接在一起的骨骼传入耳内，这三块骨骼分别是锤骨、砧骨和镫骨。锤骨和砧骨由关节骨和早期兽孔目下颌关节的方骨演化而来[69]。
换牙——有些物種终生只會換一次牙（再出齿），有些則完全不换牙（一出齿），如齒鯨和鼠科[70]。大象、海牛和袋鼠終生會不斷地換牙（多出齿（英语：polyphyodont））[71]。
釉柱釉质——牙齿表面的牙釉質由棱柱状固体结构构成，从牙本質一直延伸到牙齿表面[72]。
雙枕髁（英语：Occipital condyle）——哺乳動物的枕骨後頂有兩個關節髁，與寰椎相接；然而多數四足類僅具有單枕髁[73]。
在哺乳动物的三叠纪祖先身上，这些特征基本不存在[74]。除了现代胎盘动物之外，几乎所有的哺乳型动物都有上耻骨[75]。
两性异形
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平均來說哺乳類雄性體型會大於雌性，在已被學者研究的物種中，超過45%的物種雄性體型至少比雌性大10%。大多數哺乳類的兩性異形傾向於雄性，有些則不具有兩性異形，有些則傾向於雌性（如兔形目）。物種體型越大，兩性體型的差異越大（倫施法則），這很可能是因為雄性與雌性在體型上分別承受了不同的選汰壓力。傾向於雄性的兩性異形則與雄性性擇有關，雄性互相競爭以爭取交配權，性擇壓力越大，雄性的體型差異就越大。在其他哺乳類中，性擇壓力也與雄性與雌性的體型大小有關。至於雌性的選汰壓力，學者發現一夫多妻程度越高的物種，斷奶的時間越晚，就算去除掉體重差異，校正潛在的偏差後，結果亦然，除此之外，體型較大的雌性繁殖速度較慢，顯示出對於體型較小的雌性來說，生殖選擇的壓力較大。
上述內容適用於大部分的哺乳類，但須注意的是不同的目之間還是會有差異[76]。
生物系统
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主条目：生物系統
因人工充气而收缩、舒张的浣熊肺
大部份的哺乳動物有七塊頸椎骨， 譬如蝙蝠、長頸鹿、鯨魚和人類。海牛屬和二/三趾樹懶屬都是例外，前兩者只有六塊，後者則有九塊[77]。所有哺乳動物均有新皮質，僅存在於哺乳動物的腦部位[78]。與單孔目及有袋類不同，胎盤動物有胼胝體[79]。
哺乳動物的肺部呈海綿狀及蜂巢狀。呼吸主要通过橫膈膜进行，该结构将胸腔、腹腔一分为二，呈向胸腔凸入的形状。横膈膜收缩时形状变平，增加肺的容积。空气通过口腔、鼻腔进入身体，再流经喉、气管、支氣管，最后进到肺泡里，将肺泡张开。横膈膜舒张则会有相反的效果，降低肺容量，将空气压出体外。在运动时，腹壁收缩，增加横膈膜的压力，可使空气的进出频率增加、力度增大。肋骨架也可通过其他呼吸系统肌肉扩张、收缩胸腔，让呼吸的空气永远向气压低的方向移动[80][81]。这种肺因结构类似铁匠的风箱而被称作“风箱肺”（bellows lung）[81]
。
哺乳动物的心脏有四个腔室，上面两个是心房，负责接受血液；下面两个是心室，负责泵出血液[82]。心脏有四个瓣膜，能将各个腔室分开，确保血液沿正确的方向流动（防止回流）。肺毛细血管中的血液在氣體交換结束后会变为富氧血，经四根肺静脉源源不断地汇入左心房，随后再经开口流入左心室。心房、心室舒张时，大部分血液会依照既有方向流动，但在心室舒张（英语：diastole）末期时，左心房会收缩，将血液打入心室中。和其他肌肉类似，心脏需要靠血液中的营养物质、氧气才能正常工作，这些养分由冠状动脉血提供[83]。
哺乳动物心脏模型
哺乳动物的皮肤：1 — 毛发；2 — 表皮；3 — 皮脂腺；4 — 立毛肌；5 — 真皮；6 — 毛囊；7 — 汗腺；8（未标出，图中最下层） — 皮下組織，其中圆形表示脂肪細胞
哺乳动物的外皮系统由三层皮肤组成——表皮、真皮和皮下組織。表皮通常有10至30个细胞厚，主要作用是防水。表皮层最外层的细胞不断脱落，而最里层的细胞会不断分裂、将现有的细胞组织向外推。再往深处的真皮层是表皮层的15至40倍厚。真皮层由血管、骨性结构等许多部分构成。皮下组织由脂肪組織构成，能储存脂质、提供缓冲和隔热功能。皮下组织的厚度在各个物种之间差异极大[84]:97。海洋哺乳動物为了保暖，长出了厚厚的皮下组织（鯨脂），其中露脊鯨的鯨脂最厚，可达51公分[85]。部分其他非哺乳动物长有触须、羽毛、刚毛、纤毛等类似毛发的结构，但只有哺乳动物身上才生有真正的毛发，是哺乳动物类的一大决定性特征。有的哺乳动物的毛发可能不明显，但经过仔细检查总能发现毛发痕迹，通常是位于身体较为遮掩的部位[84]:61。
食虫动物土狼（左）与食用大型脊椎动物的灰狼（右）的裂肉齒对比。裂肉齒为口中最靠后侧的牙齿
食植动物的身体结构多种多样，以便进食、消化植物。哺乳动物的牙齿演化出的结构可以将完整的植物组织切开。比如说，食果动物（英语：frugivore）和食用软叶子动物有低冠齿，可以磨碎叶子和种子。食草动物喜食坚硬、硅含量高的草，它们的高冠牙能够磨碎坚硬的植物组织，比低冠齿更耐磨[86]。大部分肉食哺乳动物长有裂肉齒（齿的长度因饮食结构而有区别）和长长的犬齿，其换牙模式也较为接近[87]。
偶蹄目的胃分为四个部分：瘤胃、蜂巢胃、重瓣胃和皺胃（只有反芻动物有瘤胃）。瘤胃和蜂巢胃负责将摄入的植物组织与口水搅拌，分为固体和液体。随后，固体部分被压成食团（英语：bolus (digestion)），再度返回口中，让舌头挤压出汁液并吞咽回去。攝入的食物进入瘤胃和蜂巢胃后，分解纖維素的微生物（细菌、原生生物和真菌）会產生分解植物中的纤维素所需要的纤维素酶[88]。與反芻動物相反，奇蹄目會將離開胃的已消化食物儲藏于擴大的盲肠中讓細菌發酵[89]。 食草動物複雜的消化系統對於分解粗糙又堅硬的植物纖維來説是必需的，相比之下，食肉動物只有一個結構簡單的胃，適應于主要消化肉類。食肉動物的盲肠不是已經消失就是結構簡單而短小，而大腸并沒有具備囊狀組織（英语：sacculation）或者寬過小腸太多[90]。
羊肾
哺乳動物的排泄系統（英语：excretory system）包括許多組成部分。與大多數陸生動物相似，哺乳動物是排尿素型（英语：ureotelic）動物，通過肝臟將氨轉化爲尿素實現尿素循环[91]。而胆红素作爲血细胞中生成的副產品，會在肝臟生成的酶的幫助下，通過胆汁和尿排出體外[92]。膽紅素藉助膽汁經過消化道的過程使得哺乳動物的糞便呈現出獨特的棕色[93]。哺乳動物腎臟的典型特徵包括腎盂和腎錐體（英语：renal pyramid），以及由於細長的亨利氏環的存在而可以明確區分開的肾皮质和腎髓質（英语：renal medulla）。只有哺乳動物的腎臟呈豆狀，但也有少數例外，如鰭足類、鯨豚類和熊類的多頁腎臟（英语：reniculate kidney）[94][95]。大部分成年胎盤動物體内都沒有泄殖腔的殘留痕跡。在胚胎時期，胚胎泄殖腔（英语：embryonic cloaca）會發育成爲前部和後部，後部成爲肛門的一部分，而前部的發育則取決於個體的性別：雌性會發育成爲包括尿道和阴道的前庭，而雄性則發育成爲陰莖尿道（英语：penile urethra）。[95] 不過马岛猬科、金毛鼹科和部分鼩鼱科成年後仍會保留泄殖腔[96]。在有袋類中，生殖道與肛門雖然是分開的，但是外部仍然留有原始泄殖腔存在的痕跡[95]。單孔目的学名“Monotremata”出自古希臘語的 μονός（monós，单一的）与 τρῆμα（trêma，孔），它們擁有真正的泄殖腔[97]。
发声结构
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蝙蝠發出的超聲波信號和附近物體的回聲示意圖
與其他四足類一樣，哺乳動物有一個可以迅速打開和關閉的喉以發出聲音，以及一個能過濾這種聲音的上喉聲道。肺和周圍的肌肉組織可以提供發聲態所需要的氣流和壓力。而喉部控制著聲音的音高和響度，不過肺部呼出時的力量也有助於響度的提高。更原始的哺乳動物，例如針鼹，只能發出嘶嘶聲，因爲聲音是通過部分封閉的喉嚨呼出實現的。剩下的哺乳动物用声带发出声音，而非像鸟类的鸣管（英语：Syrinx (bird anatomy)）。聲帶在震动和绷紧时可以產生多種不同的聲音，例如呼嚕聲（英语：purr）和尖叫聲（英语：screaming）。哺乳動物可以改變他們喉部的位置，在吞嚥時可以繼續通過鼻子呼吸，并且可以同時發出口腔音和鼻音，例如：狗的嗚嗚聲一般來説都很柔和，這是鼻音；而狗的叫聲一般都很響亮，這是口腔的聲音[98]。
白鲸的回聲定位音
部分哺乳動物擁有較大的喉嚨，因此音高較低，例如錘頭果蝠的喉部可以占據整個胸腔並把肺、心臟和氣管推入腹部[99]。大的聲帶也可以降低音高，如大猫的低吼[100]。一些哺乳動物還可以發出次声波，如非洲象和鬚鯨[101][102]。喉部較小的小型哺乳動物可以發出超聲波，可被特殊发育出的中耳和耳蜗探測到。在中生代时期，鸟类和爬行類是哺乳类最大的天敌，但鳥類和爬行類聽不見超聲波，那段时期超声波对哺乳类至关重要。一些啮齿类动物的母親和幼崽会用這一秘密的通信方法交流，蝙蝠也能用超声波回聲定位。齒鯨也會使用回聲定位，不過，與使用聲帶上延伸出來的聲膜所不同，齒鯨是通過額隆來控制聲音的。一些哺乳動物（如靈長類）的聲帶上附有一個氣囊，可以用來降低共鳴或者增大音量[98]。
哺乳动物的发声系統由大腦中的腦神經核（英语：cranial nerve nucleus）控制，其神经信号经由部分迷走神经（即喉返神經和上喉神經（英语：superior laryngeal nerve））传递。聲道则由舌下神经和顏面神經传递信号。對哺乳動物中腦内的导水管周围灰质區域进行電刺激會引起發聲。哺乳动物中，只有人類、海豹、鯨類和大象（可能也有蝙蝠）能够学习发出新声音。人类之所以有这一能力，是因为控制動作的運動皮層和脊髓中的运动神经元直接相連[98]。
视觉
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除了部分灵长目和后兽下纲动物外，其他所有哺乳类都是严格的二色视觉者，但其上级分类脊椎动物大都是四色视觉者。这是因为在演化早期为了避免与占据生态位优势的主龙形类在同一时间活动，哺乳动物大多是夜行性的，于是在这段漫长的时间里便逐渐丧失视网膜中四种视锥细胞中的两种。然而因祸得福，哺乳动物的夜视能力比大多数其他脊椎动物要强[103][104][105]。部分灵长目的祖先通过基因突变获得了三色视觉[106]。
皮毛
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主条目：毛皮
豪豬利用身上的棘刺進行防衛
哺乳動物皮毛的主要功能為體溫調節，其他功能則包括保护、感測環境、防水與偽裝[107]，不同形式的皮毛具有不同的稱呼及功能[84]:99：
定期毛髮（Definitive）– 當達到一定長度後即會脫落。
感覺毛（Vibrissae）– 用於感測周遭環境。
毛皮（Pelage）– 包括護毛、絨毛與芒毛（英语：awn hair）。
棘刺（Spine）– 堅硬的毛髮，用於防衛（例如豪豬背上的長刺）。
剛毛（Bristle）– 主要用於展示視覺訊號（例如獅子的鬃毛）。
毳毛（Velli）– 用於保暖，主要常見於新生的哺乳動物。
羊毛（Wool）– 長而柔軟的卷曲毛髮。
体温調節
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毛髮長度與體溫調節無關：例如，部分棲息於熱帶地區的哺乳動物，如樹懶，它们的毛发长度和极地哺乳動物的毛发长度几乎相等，但並不具有与之对应的保暖能力；反而，部分僅具有短毛的熱帶哺乳動物，保暖能力卻與極區哺乳動物相當。毛髮生長的密度可以影響保暖的能力，尤其棲息於極區的哺乳動物的毛发极为浓密，例如麝牛除了具有30厘米長的護毛外，還具有高密度的絨毛，能有效鎖住並減少體熱的散失，讓牠們能於-40°C的環境下生存[84]:162–163。有些沙漠哺乳動物，如駱駝，則透過高密度的毛來將外在環境的熱度隔絕於外，確保個體不會過熱；在夏天時，駱駝的毛髮溫度可達70°C，而皮膚溫度則能維持在40°C上下[84]:188。水生哺乳動物（英语：Aquatic mammal）的毛髮也十分浓密，可將水隔絕於外、保持皮膚乾燥，从而減少體熱散失[84]:162–163。
体色
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这头豹子浑身上下均是混隐色（英语：disruptive coloration），方便它在偷袭猎物时偽裝，融入背景色中
哺乳動物的體色源自於外在生存壓力，主要為偽裝、性選擇、溝通、及體溫調節。皮膚與毛髮的顏色主要由黑色素的種類與數量決定。真黑素構成了棕色及黑色；棕黑色素則構成了黃色及紅棕色，使個體帶有大地色調（英语：earth tone）[108][109]。有些哺乳動物，如山魈，由於结构色具有更為鮮艷的體色[110]。許多樹懶為綠色，因為牠們的毛髮中带有藻類，這些藻類與樹懶共生，可帮助树懒偽裝[111]。
大多哺乳動物都會仰賴牠們的體色來進行偽裝，減少被獵物或掠食者發現的機會[112]。棲息於北極及亞北極地區的哺乳動物，如北極狐、環頸旅鼠 、白鼬、白靴兔，夏天時體色是棕色，而在冬天體色变為白色，這樣毛色的變化可帮助它们融入周遭環境[113]。以靈長類和有袋類为主的樹棲哺乳動物在身上的某些部位具有紫色、綠色或藍色的斑塊，這樣的趋同演化顯示這些斑塊可能有助於牠們在樹棲的環境中生存[110]。
部分具有自我防衛能力的哺乳動物，例如具有強烈氣味的臭鼬、以及兇悍的蜜獾，具有黑白相間的毛皮，能發揮警戒作用[114]。 哺乳動物的體色有時為兩性異形，常見於靈長目物種[115]。雌性與雄性間的體色差異可能代表了攝取營養量或是荷爾蒙強度不同，而這些通常是選擇配偶的重要因素[116]。體色也會影響到身體維持熱量的能力，較深色的毛髮可以幫助哺乳動物從太陽輻射中吸收較多的熱量。部分小型哺乳動物，例如田鼠，在冬天時具有較深色的毛髮以用於保暖。另外，斑馬身上黑白相間的條紋似乎可以降低牠們被蚊蟲侵擾的機率[117]。
生殖系统
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主条目：哺乳动物的繁殖（英语：Mammalian reproduction）
山羊幼崽在断奶前会一直和母亲待在一起
雄性胎盘哺乳动物的阴茎兼具排尿和交配功能。不同物种勃起的方式不同，有的是靠海绵体血管充血，有的是用肌肉运动。有的阴茎在疲软时会收入阴茎鞘中，此外有的胎盘动物还生有陰莖骨[118]。有袋类动物的阴茎通常会分叉[119]，针鼹的阴茎则通常有四个末端，其中只有两个能正常工作[120]。绝大多数哺乳动物的睾丸位于阴囊中，通常这一结构位于阴茎之后，但有袋目的阴囊在阴茎之前。雌性哺乳动物通常拥有陰蒂、大陰唇、小陰唇等外阴结构，体内则通常有成对的输卵管、一至两个子宫、一至两个子宮頸以及一条阴道。有袋目由两条侧阴道和一条中阴道。单孔目动物的“阴道”结构类似于“泌尿生殖窦”。胎盘动物的子宫形态各异，有的是双子宫、双宫颈共享一条阴道的重複子宮；有的是两个子宫角（英语：uterine horn）接入一个宫颈、一条阴道的對分子宮；有的是两个子宫角在远端相连，又在中线处分开，呈“Y”形状，称之为雙角子宮；再有的只有一个子宫，称为單子宮[121][122][84]:220–221, 247。
马氏树袋鼠（英语：Matschie's tree-kangaroo）与育儿袋中的幼崽
哺乳动物的祖先繁殖时会娩出未完全发育的胎儿，要么是直接胎生，要么在出世前会暂时裹在软壳卵中。这一机制很可能是由于上耻骨（英语：epipubic bones）结构导致胎儿躯干无法进一步生长。卡岩塔獸是已知采用这一繁衍方式的合弓纲中最古老的一属，分娩时诞下未发育的围产期幼崽，但大小比所有现代哺乳动物的幼崽都要大[123]。绝大部分现存哺乳动物都是胎生，直接产下成型的幼崽。不过，单孔目其下的物种都是产蛋的。单孔目的性別決定系統和大部分其他哺乳动物的都不一样[124]。其中，鸭嘴兽的性染色体不像兽亚纲的哺乳动物，倒与鸡的更为相像[125]。
胎生哺乳动物均属于兽亚纲，其中现今存活的哺乳类分布在有袋类和胎盘类这两个下纲中。有袋类动物的妊娠时间较短，通常短于其发情期，未完全发育幼崽诞下后会在母亲体外继续发育。许多有袋目生有育幼袋，位于母亲的腹部。这是诸多胎生动物的共同祖征（英语：Symplesiomorphy）；非胎盘类动物的下耻骨导致胎儿躯干分娩前无法完全发育[75]。就连不属于胎盘类的真兽下纲都是如此繁衍的[126]。胎盘类哺乳动物的幼崽出生时相对发育较为完善，但母亲怀孕时间更长些[127]。其名称“胎盘动物”中的“胎盤”二字指的就是连接胎儿、子宫壁之间的结构，可帮助胎儿获取营养[128]。胎盘哺乳动物要么完全没有下耻骨，要么下耻骨已演变为阴蒂骨，好让胎儿躯干在母体内进一步发育[123]。
哺乳动物经过特化的乳腺能够产奶，是幼崽的主要食物来源。单孔目动物由于分化出去的时间较早，没有绝大多数哺乳动都有的乳頭，但却有乳腺结构，幼崽会舔舐母亲腹部的哺乳斑块来摄入母乳[129]。和胎盘动物相比，有袋目动物因幼崽出生时发育不完善，其母乳不论是营养成分还是出奶频率都大不相同。此外，有袋目的乳腺各自独立工作，能在幼崽的各个发育阶段提供不同的母乳[130]。乳糖為胎盤類母乳的主要糖份、而有袋類母乳的主要糖份則主要為寡醣[131]。斷奶指的是哺乳動物在成長過程中，逐漸脫離母乳轉向攝食固體食物的過程[132]。
温血状态
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幾乎所有哺乳動物皆為内温動物，能透過毛髮留住熱量來維持體溫恆定，因此，比起爬行類與昆蟲等外溫動物，哺乳動物和鳥類可以在較為寒冷的環境中活動。内温動物透過攝取食物來提供熱量，因此需要的食物比體重相同的爬行類還多[133]。小型食蟲哺乳動物食量驚人，例如普通鼩鼱每天就必須攝取相當於體重2至3倍的食物。少數物種幾乎不會產出代謝熱，因此被認為是變溫動物，如裸鼹鼠[134]。另一個特例是樹懶，它们的體溫隨著環境溫度變化，範圍大約在25°C至35°C，最低時可能只有20°C，為異溫（英语：heterothermic）動物[135]。鳥類也是內溫動物，因此內溫性並非哺乳動物專屬的特徵[136]。
壽命
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参见：预期寿命和最长寿命
哺乳動物的壽命差異極大，如鼩鼱大約可以活2年，而已知最长寿的弓頭鯨則活到了211歲[137]。影響壽命長短的因素目前未知，但數名學者認為主要的因素是DNA修復的能力。哈特（Hart）與塞特洛夫（Setlow）於1974年的研究顯示，在七種哺乳動物中，DNA切除修復的能力與壽命長短成正比[138]。物種壽命不但與辨識DNA雙股結構斷裂的能力有关，也与DNA修復蛋白質Ku80的濃度有關[137]。一個包含16種哺乳動物細胞的研究顯示，長壽物種負責修復DNA的基因較為活躍[139]。一個包含十三種哺乳動物的研究顯示，細胞中DNA修復酶聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶的濃度與壽命相關[140]。其他研究也顯示數種哺乳動物的壽命與DNA修復能力相關[141][142][143]。
运动
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主条目：动物的运动（英语：Animal locomotion）
陆行
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主条目：动物的陆行（英语：Terrestrial locomotion）
马的跑步步态，埃德沃德·迈布里奇1887年摄
大多脊椎動物——包括兩棲類、爬行類與部分哺乳動物，均為蹠行，整個腳掌貼地而行；而部分哺乳動物，如貓或狗，則為趾行，行走時僅有部分腳趾著地，这样跨步距離更大，动物也因而能够以更快的速度進行奔跑。除了这些灵活性高的动作外，趾行的哺乳動物多半也具有較為安靜的移动方式[144]。另外有部分哺乳動物，例如馬，為蹄行，行走時僅有趾尖上的角質蹄甲著地，進一步地提高跨步距離與速度[145]。少數哺乳動物，如大型猿類、大食蟻獸[146]與鴨嘴獸[147]，前肢是以指背行走（英语：Knuckle-walking）。部分哺乳動物以双足步行，例如人類；相較於四足著地的動物，双足動物擁有更好的視野、保存更多的體力，並可使用雙手操作物件、或是抓取食物。部分双足哺乳動物跳躍前行取代行走，例如袋鼠與更格盧鼠[148][149]。
在不同地形、情境、移动速度下，動物會採用不同的步態。舉例來說，馬在自然情況下就具有四種步態，其中速度最慢的步態為常步，其他三種依據速度由慢至快分別為速步、驅步及襲步。動物有時也會有較為不常見的步態，例如側走或倒退。例如人類主要的步態為步行與跑步，但是在面臨其他環境時也會使用不同的步態，例如在狹窄的空間中，人類就會改用四肢匍匐的形式前進[150]。哺乳動物的步態多种多样，在移動時附肢落下或舉起順序千变万化；根據這樣順序的排列，大體上能將步態分為數類。以四足動物為例，主要分為三類：行走步態、跑步步態以及飛躍步態（英语：leaping gaits）[151]。行走為最常見的步態，是指在任何時間均會有其中一足著地的狀態；而跑步則在某些時刻，會發生所有肢體均騰空不著地的情況[150]。
飞行
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主条目：动物的飞行与滑行（英语：Flying and gliding animals）
埃及果蝠（英语：Egyptian fruit bat）飞行的慢动作与正常速度影像
蝙蝠是哺乳类中唯一真正可以飞行的。 它们通过上下扇动翅膀（通常还有一些前后的运动）可以在空中以恒定的速度飞行。蝙蝠本身的运动速度，与翅膀相对于空气的运动相叠加，可以在翅膀上形成更快的气流。这将会产生指向前方与上方的升力，与指向后方与上方的阻力。这些力向上的分量用于抵消蝙蝠自身的重力，使其保持在空中。这些力向前的分量是蝙蝠向前飞行的动力[152]。
与鸟类相比，蝙蝠的翅膀更薄，有更多的骨骼，可更精细地控制翅膀，飞行时能提高的升力、减少阻力[153][154]。蝙蝠在向上扇动翅膀时，可以将翅膀向身体一侧收起，这让它们在飞行中消耗的能量比鸟类减少了35%[155]。它们的翼膜很容易受伤。不过翼膜上的组织可以再生，一些小的裂伤可以很快愈合[156]。在蝙蝠翅膀的小突起上，有一些对触觉敏感的默克尔细胞。这种细胞也存在于人类的指尖。这些敏感区域的位置在不同种类的蝙蝠上是不同的。每个突起中心都有一根细毛，使得这些区域更加敏感，让蝙蝠可以检测和收集通过翅膀的气流信息。蝙蝠可以利用这些信息改变翅膀的形状，进一步提高飞行效率[157]。
林栖
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主条目：动物的树栖运动（英语：Arboreal locomotion）
长臂猿非常善於臂躍（英语：Brachiation），它們修長的四肢可以輕松抓住樹枝、在林間擺蕩
林棲動物大多擁有修長的四肢，可穿過縫隙取得果實或者其他資源、測試前方着力点的堅固程度，还可以在樹間擺蕩（英语：brachiation）[158]。像樹豪豬、侏食蚁兽、蜘蛛猴、袋貂般的林棲動物會卷起尾巴缠握樹枝。蜘蛛猴的尾巴尖端长有黏著墊或一小塊無毛的区域，可增大摩擦力。它们的爪子可在粗糙接觸面上幫助調整运动方向。松鼠爬树也是基于类似的原理——松鼠身体轻盈，其爪子提供的摩擦力可让它们在巨大的树干上如履平地。然而爪子也會干擾動物抓取細小的樹枝，因为在抓握时指爪可能会绕树枝一周，反过来刺入掌心。灵长类动物的指尖无毛，可在抓握时提供摩擦力，幫助動物將手固定在樹枝上。不過這種抓握方式會受摩擦力的角度影響，所以太過粗大的樹枝會導致抓握力下降。在下树时，一些林栖動物（例如松鼠）進化出了灵活性极强的踝關節，这使得它們的脚可以轉到完全“相反”的角度，好让爪子鈎住粗糙的樹皮以對抗重力。林棲動物的小體型帶給它們許多優勢，例如：增加了樹枝對它們的相對尺寸、降低了重心、增加了穩定性、減輕了重量（使得它們可以在細小的樹枝間穿梭）以及增加了在複雜的栖息地裏活動的能力[158]。蜜袋鼯等滑翔動物的體型和體重对它们的滑翔能力影响极大[159]。部分靈長類動物、蝙蝠，以及所有種類的树懒能够以各种角度将自己稳稳地挂在树枝上，只在失去抓力时才会跌落[158]。
穴居与土棲
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半穴居的毛鼻袋熊（左）与完全穴居的美洲鼴（右）
参见：掘地（英语：Fossorial）和穴居（英语：Burrow）
穴居哺乳動物（如獾、裸鼹鼠等）擅長挖掘洞穴，主要棲息於地底。許多啮齿目属于穴居哺乳動物，牠們大部分时间躲在自己挖的地穴中，只有少数时间會在地表活動。“土棲哺乳動物”完全在地底栖息，只演化出一部分适应地底活动的则被称为“半穴居哺乳动物”。有些穴居物種会钻入地下來调节体温、躲避掠食者的捕食和儲藏食物（英语：food storage）[160]。
穴居哺乳動物多半具有梭形的身體，在肩膀處最寬，尾巴及口鼻部兩端收窄。由於长时间置身于不可見光的地穴中，許多穴居哺乳動物的眼睛均有退化的現象，不同物種的退化程度不同。大多半穴居哺乳動物的眼睛仍未退化；囊鼠的眼睛雖然非常小，但仍然保有作用。不过，完全穴居的哺乳動物（如袋鼴）的眼睛已經完全退化，比如鼴鼠的眼睛退化為痕跡器官，金毛鼴的眼睛表層更是直接被皮膚覆蓋。和眼睛类似，穴居哺乳動物的外耳廓也大多偏小或退化。完全穴居的哺乳動物大多擁有較粗短的四肢，可爆發出更強的力量；而許多半穴居哺乳動物則仍然保有适合奔跑的四肢。穴居动物的前掌大多寬厚，能在挖掘地穴時將土挖鬆；後掌則大多具有蹼和爪的结构，能將這些挖鬆的土向後推。部分穴居哺乳動物的門齒较大，可防止泥土灌入口內[161]。
鼩鼱、刺蝟及鼴鼠等穴居哺乳動物最早被分類至食虫目，但這個目別現在已被廢棄[162]。
水生
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主条目：动物的水中运动（英语：Aquatic locomotion）、海洋哺乳動物和水生哺乳动物（英语：Aquatic mammal）
一群真海豚在游泳
鯨豚與海牛等完全水生的哺乳動物，它们的後肢已經演化成尾鰭來在水中推進。鯨豚透過上下扭動身體來帶動尾鰭於水中高速推進，特化為胸鰭的前肢則能操控方向。許多动物还有背鰭，可防止牠們在游泳時腹背翻轉[163][164]。海牛同樣透過上下擺動尾鰭來於水中推進，並能透過傾斜來轉向，前肢則如槳一樣能協助轉彎或是做為剎車減緩推進的速度[165]。
半水棲的哺乳動物（如鰭足類）同時具有特化如槳的前後肢，肘關節與踝關節则埋藏於軀幹內[166][167]。这些动物的身体经过演化，可以将水的阻力尽量减少。它们拥有流线型的身体，皮肤中的肌束（英语：Muscle fascicle）还能增加身体四周的层流，让它们轻松掠过水中。另外牠們也没有立毛肌，好让毛髮在游泳時能維持平鋪，確保身體保持流線形[168]。牠們主要透過拍動槳狀的前肢來推進，類似於企鵝與海龟[169]；桨状前肢的运动并不是连贯的，动物在每次划水之间用滑动体态保持前行[167]。和陸生的食肉目物種相比，鰭足類具有較短的前肢，形成較短的力矩讓牠們附著於肩膀與肘關節的肌肉能夠爆發出更強的力量[166]。後肢部分則主要用來穩定游泳時行進的方向[168]。其他半水棲的哺乳動物則包括河狸、河马、水獺及鴨嘴獸[170]。河馬為十分大型的半水棲動物，长有粗壯的骨骼，可支撐起它们龐大的體重[171]，同時較高的比重讓牠們得以沉至水底並於河床上行走[172]。