1. Μαλλιά ή γούνα: Αυτό είναι αναμφισβήτητα το πιο καθοριστικό χαρακτηριστικό των θηλαστικών. Είναι τα μόνα ζώα που διαθέτουν μαλλιά ή γούνα, τα οποία εξυπηρετούν διάφορες λειτουργίες όπως μόνωση, καμουφλάζ και αισθητηριακή αντίληψη.
2. Μαστικοί αδένες: Τα θηλαστικά ονομάζονται από τους μαστικούς αδένες τους, τα οποία παράγουν γάλα για να θρέψουν τους απογόνους τους. Αυτό είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό που τους ξεχωρίζει από άλλες ομάδες ζώων.
3. Endothermy: Τα θηλαστικά είναι ζεστά, που σημαίνει ότι μπορούν να ρυθμίσουν τη θερμοκρασία του σώματος εσωτερικά. Αυτό τους επιτρέπει να ευδοκιμούν σε ένα ευρύτερο φάσμα περιβάλλοντος σε σύγκριση με τα ψυχρά ζώα.
4. Τρία οστά μεσαίου αυτιού: Τα θηλαστικά έχουν τρία μικροσκοπικά οστά στο μεσαίο αυτί τους (Malleus, Incus και Stapes) που μεταδίδουν ηχητικές δονήσεις από το τύμπανο στο εσωτερικό αυτί. Αυτό το εξαιρετικά αναπτυγμένο ακουστικό σύστημα συμβάλλει στην εξαιρετική ικανότητα ακοής τους.
5. Καρδιά τεσσάρων θανάτων: Όλα τα θηλαστικά έχουν μια τετράπλευρη καρδιά που διαχωρίζει αποτελεσματικά το οξυγονωμένο και αποξυγονωμένο αίμα, επιτρέποντας υψηλό μεταβολικό ρυθμό και παρατεταμένη δραστηριότητα.
6. Διάφραγμα: Αυτό το μυϊκό φύλλο χωρίζει την κοιλότητα του θώρακα από την κοιλιά και παίζει καθοριστικό ρόλο στην αναπνοή.
7. Εξειδικευμένα δόντια: Τα θηλαστικά συνήθως έχουν ετεροδονική οδοντοστοιχία, που σημαίνει ότι διαθέτουν διαφορετικούς τύπους δοντιών (κοπτήρες, κυνόδοντες, πρόδρομους, γομφίους) προσαρμοσμένα για συγκεκριμένες λειτουργίες όπως δάγκωμα, σχίσιμο και λείανση.
8. Neocortex: Ο εγκέφαλος των θηλαστικών διαθέτει ένα εξαιρετικά ανεπτυγμένο neocortex, υπεύθυνο για σύνθετες λειτουργίες όπως η μάθηση, η μνήμη και οι υψηλότερες γνωστικές ικανότητες.
9. Ζωντανή γέννηση: Ενώ υπάρχουν μερικές εξαιρέσεις όπως το Platypus και το echidnas, τα περισσότερα θηλαστικά γεννούν ζωντανά νεαρά αντί να τοποθετούν αυγά.
10. Γονική φροντίδα: Τα θηλαστικά συνήθως παρουσιάζουν υψηλό επίπεδο γονικής φροντίδας, καλλιέργεια και προστασία των απογόνων τους μέχρι να είναι σχετικά ανεξάρτητοι.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ενώ αυτά τα χαρακτηριστικά είναι γενικά αληθινά για τα θηλαστικά, μπορεί να υπάρχουν εξαιρέσεις μέσα στο ευρύ φάσμα των ειδών. Για παράδειγμα, μερικά υδρόβια θηλαστικά όπως οι φάλαινες και τα δελφίνια έχουν χάσει τα μαλλιά τους και μερικά πρωτόγονα θηλαστικά όπως τα echidnas βάζουν αυγά.