miniatura|upright=1.2|Adelobasileus cromptoni, el mamaliaforme més antic que s'ha trobat fins ara, és conegut a partir d'un crani fragmentari de la formació de Tecovas, a l'oest de Texas. La ubicació de la còclea dins el crani és un dels seus avenços més destacats. miniatura|upright=1.2|Els mamífers han colonitzat els medis terrestres, aquàtics i aeris. Levolució dels mamífers abasta el desenvolupament dels mamífers a partir dels sinàpsids primitius («rèptils mamiferoides»), un procés gradual que durà aproximadament 95 milions d'anys i que conduí a l'aparició dels primers mamaliaformes en el Triàsic superior, i la posterior evolució de l'amplíssima varietat de mamífers extints i vivents que han anat sorgint des del Mesozoic.
Els sinàpsids divergiren dels sauròpsids (rèptils i dinosaures) a finals del Carbonífer, tan sols 20 milions d'anys després de l'aparició dels amniotes, es diversificaren en el Permià i produïren formes com el dimetrodont, Sphenacodon o l'edafosaure. Durant uns 40 milions d'anys, foren els animals terrestres dominants, però fa aproximadament 250 milions d'anys desaparegueren tots els pelicosaures excepte els teràpsids com a resultat de l'extinció permiana. Els listrosaures, un grup de teràpsids, es recuperaren de l'extinció i arribaren a exercir un domini tan aclaparador que no s'ha tornat a repetir mai més en la història de la Terra, fins al punt que representen un 95% dels fòssils en alguns jaciments del Triàsic inferior. Tanmateix, els canvis ambientals del Triàsic foren propicis als dinosaures i deixaren els mamífers i els seus precursors en segon pla durant 160 milions d'anys.
En general, els mamífers del Mesozoic eren petits i gairebé cap no passava de la mida d'un ratolí o una rata. Les dents indiquen que la majoria de les espècies s'alimentaven d'insectes i altres invertebrats, mentre que la forma del cervell i els òrgans sensorials apunten a un estil de vida fonamentalment nocturn. No es coneixen amb certesa els motius pels quals la mida, la fisiologia i l'estil de vida de la majoria dels mamífers es mantingueren relativament constants en el Mesozoic; una de les teories és que la competència amb els dinosaures hauria exercit una pressió selectiva que hauria impedit l'evolució de mamífers de grans dimensions. Des de mitjans de la dècada del 2000 hi ha hagut nous descobriments que mostren un major grau d'especialització entre els mamífers i els seus parents més propers del Mesozoic. Per exemple, el mamaliaforme Castorocauda lutrasimilis era parcialment aquàtic, mentre que el volaticoteri tenia membranes per planar i Fruitafossor windscheffeli presentava adaptacions per menjar insectes semblants a les dels formiguers gegants.
Els principals grups de mamífers del Cretaci sobrevisqueren a l'extinció del Cretaci-Paleogen malgrat la desaparició de fins a un 93% de les espècies. Encara que havien començat a radiar 30 milions d'anys abans i que pocs grups es diversificaren ràpidament després de l'extinció, la desaparició dels dinosaures els permeté convertir-se en els animals dominants dels medis terrestres del Cenozoic. A l'Eocè es produí una radiació adaptativa explosiva que donà origen a gran part dels grups moderns de mamífers i al Miocè la mastofauna ja era molt semblant a l'actual. Des de finals del Plistocè han desaparegut nombrosos mamífers com a resultat de l'extinció del Quaternari, probablement relacionada amb l'expansió dels éssers humans arreu del món. La Unió Internacional per la Conservació de la Natura (UICN) considera que un 27% de les espècies de mamífers són vulnerables, estan en perill o estan en perill crític.
Característiques dels mamífers Per estudiar l'evolució dels mamífers i determinar la composició del grup terminal Mammalia, cal definir una sèrie de caràcters típics dels mamífers.
Pèl miniatura|El pelatge, com el d'aquests bous mesquers, és un caràcter exclusiu dels mamífers. El pèl és la característica més visible dels mamífers. Encara que algunes espècies (com ara els cetacis) no en tenen, evolucionaren d'avantpassats peluts i presenten creixement capil·lar com a mínim durant la fase embrionària. La quantitat i la distribució del pèl varien considerablement d'una espècie a l'altra. Es compon principalment de ceratina, la mateixa proteïna que forma les escates i les plomes en altres tipus d'animals.
El pelatge compleix diverses funcions. Juntament amb les glàndules cutànies, participa en la regulació tèrmica. Els seus colors i patrons contribueixen al camuflatge, tant en les preses com en els depredadors. Alguns mamífers, com ara la llebre de les neus i la guineu àrtica, muden el pelatge en resposta als canvis estacionals en els medis que habiten. En general, les foques que neixen en pannes de glaç tenen el pelatge natal blanc, mentre que les que neixen a les platges el solen tenir de color marró fosc o negre. Els patrons del pelatge poden servir per avisar altres membres de la mateixa espècie de la presència d'un depredador o, com en el cas de les mofetes, com a element dissuasiu contra el mateix depredador. L'eriçament del pèl indica una actitud hostil o defensiva. El pelatge pot ser un caràcter distintiu dels dos sexes; en són exemples les crineres dels lleons i el pèl facial en els éssers humans. De vegades, el seu color serveix per generar atracció sexual.
En alguns mamífers, com ara els eriçons, els porcs espins i els equidnes, una part del pelatge es presenta com una capa de punxes que ofereix una protecció gens negligible contra els depredadors. Les vibrisses, un tipus de pèl associat a una alta concentració de nervis i vasos sanguinis, estan implicades en el sentit del tacte. Generalment prenen la forma de «bigotis», però es poden trobar a diferents parts del cos. Les pestanyes, les celles, els pèls de les orelles i els pèls nasals protegeixen altres òrgans sensorials impedint-hi l'entrada d'objectes externs.
Glàndules tegumentàries Els mamífers presenten la major diversitat de glàndules tegumentàries de tots els animals vertebrats. N'hi ha dos tipus bàsics: les glàndules sudorípares i les glàndules sebàcies. Es creu que els altres tipus són, en realitat, formes derivades d'aquests dos.
miniatura|Porus de les glàndules sudorípares en un dit humà Les glàndules sudorípares són un caràcter exclusiu dels mamífers, encara que la majoria no en tenen. La seva funció principal és la termoregulació mitjançant la secreció de suor. Es divideixen en glàndules sudorípares eccrines, que segreguen una sudoració aquosa amb residus metabòlics i sals, i apocrines, que deixen anar un producte més lletós, blanquinós o groguenc. Com a regla general, les primeres es distribueixen per les regions desproveïdes de pèl, mentre que les segones dipositen les secrecions a les cavitats dels fol·licles pilosos, es desenvolupen durant la pubertat i només es troben a certes parts del cos (en els éssers humans, sobretot a les orelles, les aixelles, els mugrons, el melic i la regió anogenital).
miniatura|Esquema d'una glàndula sebàcia amb el seu fol·licle associat Les glàndules sebàcies, generalment associades als fol·licles pilosos, excreten seu, un material lipídic que protegeix el pèl i la pell i evita que perdin massa humitat. Els sirenis (i els proboscidis) no en tenen, mentre que en altres mamífers aquàtics, com ara les llúdries i els ossos marins, les excrecions sebàcies limiten el contacte entre l'aigua freda i la pell i ajuden a retardar la pèrdua de temperatura. Les glàndules de Meibom i les glàndules de Hartner són glàndules sebàcies modificades que lubriquen les parpelles i les membranes nictitants, respectivament.
Les glàndules odoríferes poden ser predominantment sudorípares, predominantment sebàcies o una barreja més o menys homogènia d'aquests dos tipus. Produeixen feromones i altres secrecions oloroses que tenen una funció comunicativa, com ara marcar territori. Gairebé tots els mamífers en tenen, tot i que no sempre a les mateixes parts del cos.
Les glàndules mamàries, el caràcter que dona nom als mamífers, són glàndules sudorípares modificades que es poden observar en les femelles i, de forma rudimentària, en els mascles. Es formen a partir de la línia làctia i es poden trobar al tòrax, l'abdomen o la regió dels engonals, segons l'espècie. Com que la seva única funció és secretar llet per a l'alimentació de les cries, només estan actives entre el part i la fi de l'alletament. La lactància no es dona en cap altre tipus d'animal. Els monotremes tenen dues glàndules mamàries que vessen el seu contingut en depressions abdominals, mentre que els teris presenten un nombre variable de mugrons o mamelles que les cries poden xuclar directament. Els éssers humans són l'única espècie en la qual les femelles tenen les mamelles engrandides de manera permanent, no només durant la lactància.
Ossos de l'orella i l'articulació mandibular Els ossos de l'orella i l'articulació mandibular evolucionaren en paral·lel. Els pelicosaures tenien l'articulació del maxil·lar inferior formada per l'os articular i el quadrat. A més d'unir diferents parts de la mandíbula, aquests dos ossos, juntament amb l'os angular, transmetien el so a la membrana timpànica. En els mamífers, en canvi, l'articulació mandibular es compon de l'os dental i l'os escatós, fet únic en el regne animal, mentre que el quadrat i l'articular han migrat a l'orella mitjana i s'han convertit, respectivament, en el martell i l'enclusa, que ensems amb l'estrep es coneixen com els «ossicles» de l'orella mitjana. Aquestes adaptacions permeten una masticació més eficaç i una oïda més sensible. Així mateix, els mamífers desenvoluparen un os ectotimpànic que fixa el timpà al seu lloc. Tot això contrasta amb la configuració de l'orella i la mandíbula dels altres vertebrats, que presenten un sol os (la columel·la) a l'orella mitjana i un mínim de nou ossos al maxil·lar inferior.
Dentadura miniatura|Dentadura d'un tigre La majoria dels mamífers són heterodonts, és a dir, tenen diversos tipus de dents (incisives, canines, molars i premolars). El nombre de dents de cada tipus es representa mitjançant una fórmula dentària. L'heterodòncia és un caràcter diferenciador important respecte a l'homodòncia dels rèptils i té un paper fonamental en la classificació dels fòssils. La majoria dels mamífers són difiodonts, és a dir, presenten un canvi de dents entre la dentadura temporal dels individus joves i la dentadura permanent dels adults. Les molars surten juntament amb les dents permanents.
Els monotremes adults manquen de dents, mentre que les cries exhibeixen una dent similar al telolècit dels rèptils i els ocells que els serveix per obrir-se pas a través de la closca de l'ou i els cau poc després de l'eclosió. Els metateris tenen una fórmula dentària màxima de , per a un total de 50 dents, i conserven el precursor temporal de la cinquena premolar dels teris basals, transformat en la primera molar. Els uombats són els únics metateris que no tenen més incisives al maxil·lar superior que a l'inferior.
Els euteris tenen una fórmula dentària màxima de , per a un total de 44 dents. Hi ha una tendència evolutiva cap a un menor nombre de dents que troba la seva màxima expressió en animals com els formiguers gegants i els pangolins, que no en presenten cap. Les úniques excepcions a aquesta tendència són l'otoció, que té fins a 50 peces, l'armadillo gegant, que en pot arribar a presentar 100, i la majoria dels odontocets, que en tenen fins a 260 i són dels pocs mamífers essencialment homodonts.
Altres caràcters