İnsanların
da dahil olduğu, omurgalıların en evrimleşmiş grubudur. ıskeletteki kemik sayısı,
diğer omurgalı gruplarına göre azalmıştır. Vücut yüzeyi, epidermis türevi olan
gerçek kıllarla örtülüdür. Çeşitli gruplarda bu kıllar, değişikliğe uğrayarak
pul, plak veya dikenlere dönüşmüştür. Bazı gruplarda ise, deri tamamen çıplak
olabilir. Kıllar, periyodik olarak değiştirilir. Çoğu memelinin yaz ve kış postları
farklıdır. Memeli derisi, bez bakımından oldukça zengindir. Yağ ve ter bezlerine
ek olarak süt bezleri, bu sınıfa özgüdür. Sabit vücut sıcaklıklı oluşta vücut
sıcaklığının düzenlenmesi, ter bezleri ve vücut yüzeyindeki kıllarla yakından
ilişkilidir. Akciğer solunumu görülür. Kalp 4 bölmelidir. Kalpten tek aort yayı
çıkar ve kuşlardakinin aksine sol tarafta bulunur. Diyafram, önemli bir solunum
kası olarak gelişmiştir ve nefes alıp vermede işlev görür. Alyuvarlar yuvarlaktır
ve solunum yüzeyinin artırılabilmesi için, ergin alyuvarlar çekirdeklerini kaybetmiştir.
Kıkırdak
yapılı bir kulak kepçesi, birkaç grup haricinde tümünde mevcuttur. Ortakulakta
işitme işlevinde görevli olan 3 adet kemik (örs, çekiç, üzengi) oluşmuştur. İç
kulakta ayrıca, "Cochlea (salyangoz)" adı verilen bölüm oluşmuştur. İkincil damağın
oluşmasıyla, ağız ve burun boşlukları ayrılmıştır. Alt ve üst çenede, gruplara
göre farklılık gösteren dişler mevcuttur. Beslenme durumuna göre dişler, farklı
yapıdadırlar ve kesici dişler, köpek dişleri, azı dişleri gibi isimler alırlar
(Heterodonti). Buna ek olarak birçok türde, yavrularda süt dişleri ve erginlerde
esas dişler görülür (Diphyodonti).
Vücut
büyüklükleri değişkendir. En küçük memeli, bir kemirgen olan Cüce fare (Suncus
etruscus - ortalama 6 cm, 2 gr); en büyük memeli ise Mavi balina'dır (Balaenoptera
musculus - ortalama 35 m, 120 ton).
Cüce Fare
Mavi Balina
Yumurtaları
küçük ve kabuksuz olup, yaygın olarak vivipar tipte üreme görülür. Monotremata
alt sınıfında ise ovipari görülür. Erkek bireylerde, özelleşmiş bir çiftleşme
organı "penis" bulunur. Testisler, memeliler sınıfına özgü olarak, "scrotum"
adı verilen kese içerisindedir. Yavru bakımı en üst seviyeye ulaşmıştır. Sinir
sistemi gelişimi ve beyin özelleşmesinin de artışıyla, davranış tipleri de çeşitlenmiş
ve karmaşıklaşmıştır.