Xarakterik xüsusiyyətləri bunlardır:

• Süd vəziləri var, balalarını südlə bəsləyirlər.
• Dəriləri vəzilərlə (tər, piy, qoxu) zəngindir.
• Bədənləri tüklə örtülüdür.
• İstiqanlı heyvanlardır, sabit bədən temperaturuna malikdirlər.
• Xarici qulaq seyvanı və dodaqlar əmələ gəlmişdir.
• Döş və qarın boşluqları diafraqma pərdəsi ilə ayrılır.
• İxtisaslaşmış dişləri var.
• Ürəkləri dördkameralıdır. Ürəyin sol mədəciyindən sol aorta qövsü çıxır.
• 7 boyun fəqərəsi var.
• Beyin yarımkürələri qırışlı olub, ara və orta beynin üzərini örtür.
• Məməlilər balalıqda inkişaf edən diri bala doğur. Kloakalılar isə yumurta qoyur.
• Bədənləri çoxqatlı dəridən təşkil olunub: xarici "epidermis", daxili "əsl dəri qatı". Tüklər, pulcuqlar (qunduzun quyruğu, kələzəoxşarların pulcuqları), dırnaqlar, caynaqlar və buynuzlar dərinin buynuz törəmələridir.

Məməlilərdə skelet, əsasən, daxili, bəzi növlərdə isə (armadil: Chaetophractus vellerosus) xaricidir. Onurğa boyun, döş, bel, oma və quyruq şöbələrinə bölünür. Boyun fəqərələri bütün məməlilərdə eyni saydadır (7 ədəd). Ətrafların sayı, adətən, iki cüt olur. Balinakimilərdə arxa ətraflar və çanaq reduksiyaya uğramışdır. Ətrafların skeleti çox davamlıdır. Bud sümükləri çox böyük yükə davam gətirə bilir (bəzi növlərdə 1500–2000 kq). Əzələ sistemi yaxşı inkişaf etmiş xüsusi əzələlər qrupundan ibarətdir.

Həzm sistemi bütün şöbələrdən ibarətdir və anal dəliklə bitir. Dişlər inkişaf edib (bəzi növlər, həmçinin dişsiz balinalar istisna olmaqla). Dişlər kəsici, köpək və azı dişlərinə bölünür. Qidalanmasına görə məməlilər otyeyənlər və ətyeyənlərə ayrılır. Tənəffüs sistemi ağciyərlər, traxeya, bronx, bronxiol və alveollardan ibarətdir. Qan-damar sistemi çox təkmilləşib. Ürək dörd kameralıdır. İki qan dövranı, sol aorta qövsü vardır. Yetkin eritrositlər nüvəsizdir. İfrazat sistemi bir cüt böyrəkdən, onlardan çıxan və sidik kisəsinə açılan axarlardan, sidik kanalından ibarətdir. Sinir sistemi yaxşı inkişaf etmiş beyin yarımkürələrindən, qırışlı və büküşlü beyin qabığından, beyincikdən ibarətdir. Hissiyyat orqanları da çox yaxşı inkişaf edib. Eşitmə orqanı xarici qulaq, xarici keçəcək, üç eşitmə sümüyü və səs qəbul edən aparatdan ibarətdir. Qoxu hissiyyatı da inkişaf edib. Lövhəcikli quruluşa malik burun boşluğu və burun labirinti vardır. Görmə və dadbilmə qabiliyyəti inkişaf edib. Daxili sekresiya vəziləri inkişaf edib. Cinsi yolla çoxalırlar. Cinsiyyət vəziləri dişilərdə və erkəklərdə cütdür. Mayalanma daxilidir və cinsi dimorfizm nəzərə çarpır.

• İlk məməlilər (Prototheria) yarımsinfi
  • Birdəliklilər (Prototheria) infrasinfi
• Vəhşi heyvanlar (Theria) yarımsinfi
  • Kisəlilər (Metatheria) infrasinfi
  • Plasentalılar (Eutheria) infrasinfi

• Məməlilərin çoxu 45°C-yə qədər şaxtaya davam gətirir. Qütbdə yaşayan ağ ayılar 80 °C –yə qədər soyuğa dözür.qəribə olsa da ev pişikləri bu sahədə rekord qazanırlar — 110 °C. Qazlar 100 °C şaxtaya dözür.
• Fillər tullana bilməyən tək məməlidir.
• Dəvəquşunun gözləri beynindən böyükdür.
• Məməlilərin çəkiləri 2 qr-dan (cırtdan ağdiş: Suncus etruscus) 150 t-a kimi (göy balina: Balaenoptera musculus) olur.
• Məməlilərin uzunluqları 3 sm-dən (cırtdan ağdiş: Suncus etruscus) 33 m-ə qədər (göy balina: Balaenoptera musculus) olur.

Məməlilərin əksəriyyətinin bədəni baş, boyun, gövdə, quyruq və ətraflardan ibarətdir. Möhkəm və elastik dəridə tüklər, tər, piy, qoxu və süd vəziləri olur.

Həzm sistemi. Ağızda yerləşən dişlər qidanın tutulmasında və xırdalanmasında iştirak edir. Qida ağızdan udlağa, qida borusuna, mədəyə, əvvəl nazik və sonra yoğun bağırsağa keçir. Həzm olunmayan qalıqlar anusla xaric edilir.

Tənəffüs sistemi. burun boşluğu, burun-udlaq, qırtlaq, nəfəs borusu(traxeya), bronxlar və ağciyərlərdən təşkil olunmuşdur.

Qan-damar sistemi. Məməlilərin ürəyi dördkameralı olub,2 qulaqcıq və 2 mədəcikdən ibarətdir. Ürəyin sağ və sol hissələri bir-birindən tamamilə ayrıldığından arterial və venoz qanlar qarışmır. İstiqanlı heyvanlardır, bədən temperaturları sabitdir.

İfrazat sistemi. Paxlaşəkilli bir cüt böyrəkdən, bir cüt sidik axarı, sisik kisəsi və sidik kanalından ibarətdir.

Sinir sistemi. Məməlilərdə baş-beyin, digər onurğalılarda olduğu kimi, beşşöbəlidir. Beyin yarımkürələrinin üzəri boz maddədən ibarət qırışlı qabıqla örtülmüşdür. Boz maddəni sinir hüceyrələri əmələ gətirir. Məməlilərdə sinir sisteminin yaxşı inkişaf etməsi ilə əlaqədar mürəkkəb davranış hərəkətləri müşahidə edilir.

Hiss orqanları. Məməlilərdə eşitmə, görmə, qoxubilmə, lamisə, dadbilmə hissiyatı olur. Əksəriyyətində eşitmə orqanı yaxşı inkişaf etmişdir. Görmə orqanı 2 göz qapağına malik gözlərdən ibarətdir. Əksər məməlilərdə üçüncü göz qapağı qalıq halındadır. Həyat tərzindən və yaşadığı mühit şəraitindən asılı olaraq hiss orqanlarının inkişaf səviyyəsi müxtəlif məməlilərdə fərqlidir. Qoxubilmə hissiyatı su heyvanlarında zəif, quru həyat tərzi keçirən heyvanlarda isə daha güclüdür. Məməlilər üçün lamisə funksiyasını burunun və gözlərin kənarında olan uzun və sərt tüklər yerinə yetirir.