Млекопитающие — позвоночные животные весьма разной величины; самое мелкое из современных представителей класса — бело-зубка-малютка (Suncus etruscus Savi) имеет длину тела 38—45 мм и вес 1,2—1,7 г; самое крупное — синий кит (Balaenoptera musculus L.) с длиной тела до 33 м и весом до 190 т. Столь же разнообразна форма тела млекопитающих: от рыбообразной (киты) до отдаленно напоминающей птичью, с передними конечностями, превращенными в крылья; для них типична форма туловища, приподнятого над поверхностью почвы с опорой на все четыре конечности.
Тело покрыто кожей с волосами (по крайней мере, в зародышевый период). Волосы частично или целиком могут утрачиваться или превращаться в иглы, щетину, чешуи. Кожа богата трубчатыми и альвеолярными железами. Наиболее характерны для млекопитающих молочные (млечные) железы, выделяющие секрет, который служит для вскармливания детенышей.