Zoogdieren variëren in grootte van de enorme blauwe vinvis tot kleine knaagdieren. Een van de zes basisdiergroepen, zoogdieren leven in de zee, in de tropen, in de woestijn en zelfs op Antarctica. Anders dan ze zijn, hebben zoogdieren echter een aantal belangrijke fysieke en gedragskenmerken gemeen.
Definitieve tellingen zijn moeilijk te verkrijgen - aangezien sommige zoogdieren met uitsterven worden bedreigd, terwijl andere dat nog moeten zijn ontdekt - maar er zijn momenteel ongeveer 5.500 geïdentificeerde zoogdiersoorten, gegroepeerd in ongeveer 1.200 geslachten, 200 families en 25 bestellingen. Die cijfers lijken misschien groot, maar ze zijn eigenlijk klein in vergelijking met de ongeveer 10.000 soorten vogels, 30.000 soorten visen vijf miljoen soorten insecten leven vandaag.
Alle zoogdieren hebben borstklieren, die de melk produceren waarmee moeders hun pasgeborenen onderhouden. Niet alle zoogdieren zijn echter uitgerust met tepels; het vogelbekdier en de echidna zijn monotremes die hun jongen voeden via borst "pleisters" die langzaam melk sijpelen. Monotremes zijn ook de enige zoogdieren die eieren leggen; alle andere zoogdieren baren levende jongen en vrouwen zijn uitgerust met placenta's.
Alle zoogdieren hebben haren, die tijdens de ontwikkeling zijn ontstaan Trias periode als een manier om lichaamswarmte vast te houden, maar sommige soorten zijn hariger dan andere. Meer technisch gezien hebben alle zoogdieren op een bepaald moment in hun levenscyclus haar; Zo hebben embryo's van walvissen en bruinvissen slechts korte tijd haar, terwijl ze in de baarmoeder dracht hebben. De titel van World's Hairiest Mammal is een kwestie van discussie: sommigen noemen de Musk Ox, terwijl anderen erop staan dat zeeleeuwen meer follikels per vierkante centimeter huid inpakken.
Ongeveer 230 miljoen jaar geleden, tijdens het late Trias, was er een bevolking van therapsids ("zoogdierachtige reptielen") afgesplitst in de eerste echte zoogdieren (een goede kandidaat voor deze eer is Megazostrodon). Ironisch genoeg evolueerden de eerste zoogdieren op bijna exact hetzelfde moment als de eerste dinosaurussen; voor de volgende 165 miljoen jaar werden zoogdieren verbannen naar de periferie van de evolutie, levend in bomen of ondergronds graven, totdat het uitsterven van de dinosauriërs hen uiteindelijk in staat stelde om hun plaats in te nemen stadium.
Alle zoogdieren delen enkele belangrijke anatomische eigenaardigheden, variërend van de schijnbaar kleine (de drie kleine botten in het binnenoor die geluid uit het trommelvlies dragen) tot de duidelijk niet zo kleine. Misschien wel het meest significante is het neocorticale gebied van de hersenen, dat verantwoordelijk is voor de relatieve intelligentie van zoogdieren vergeleken met andere soorten dieren, en de vierkamerige harten van zoogdieren, die efficiënt bloed door hun pompen lichamen.
Hoewel de precieze classificatie van zoogdieren nog steeds ter discussie staat, is dat duidelijk buideldieren (zoogdieren die hun jongen in buidels uitbroeden) verschillen van placentals (zoogdieren die hun jongen volledig in de baarmoeder uitbroeden). Een manier om deze splitsing te verklaren, is door zoogdieren in twee evolutionaire clades te verdelen: Eutherianen ("echte beesten") die omvatten alle placentale zoogdieren en Metatherianen ("boven de beesten") die ergens in de loop van de Mesozoïcum en omvat alle levende buideldieren.
De reden dat alle zoogdieren haar hebben, is dat alle zoogdieren het hebben endotherme of warmbloedige stofwisseling. Endotherme dieren genereren hun eigen lichaamswarmte uit interne fysiologische processen, in tegenstelling tot koudbloedige (ectotherme) dieren, die opwarmen of afkoelen naargelang de omgevingstemperatuur zij wonen in. Haar heeft bij warmbloedige dieren dezelfde functie als een verenjas bij warmbloedige vogels: het helpt de huid te isoleren en te voorkomen dat vitale warmte ontsnapt.
Mede dankzij hun grotere hersenen zijn zoogdieren doorgaans sociaal geavanceerder dan andere diersoorten. Voorbeelden van sociaal gedrag zijn het kuddegedrag van gnoes, de jachtvaardigheid van wolvenpakketten en de dominante structuur van aapgemeenschappen. Dit is echter een verschil in graad en niet van aard: mieren en termieten vertonen ook sociaal gedrag (dat, lijkt echter volledig bedraad en instinctief te zijn), en zelfs sommige dinosaurussen zwierven door de Mesozoïsche vlakten in kuddes.
Een groot verschil tussen zoogdieren en andere grote gewervelde families zoals amfibieën, reptielen en vissen is dat pasgeborenen op zijn minst wat ouderlijke aandacht nodig hebben om te gedijen. Dat gezegd hebbende, sommige baby's van zoogdieren zijn machtelozer dan andere: een pasgeboren mens zou sterven zonder nauwgezinde ouder verzorging, terwijl veel plantenetende dieren (zoals paarden en giraffen) direct daarna kunnen lopen en foerageren geboorte.
Een van de meest verbazingwekkende dingen van zoogdieren zijn de verschillende evolutionaire niches die ze de afgelopen 50 miljoen jaar hebben verspreid. Er zijn zwemmende zoogdieren (walvissen en dolfijnen), vliegende zoogdieren (vleermuizen), in bomen klimmende zoogdieren (apen en eekhoorns), gravende zoogdieren (gophers en konijnen) en talloze andere soorten. Als klasse hebben in feite zoogdieren meer habitats veroverd dan welke andere familie van gewervelde dieren dan ook; Daarentegen werden dinosauriërs tijdens hun 165 miljoen jaar op aarde nooit volledig in het water levende of leerden ze vliegen.