哺乳纲分三个亚纲。
原兽亚纲：具有一系列接近于爬行类和不同于高等哺乳类的特征。主要表现在：卵生，产具壳的多黄卵，雌兽具孵卵行为。有乳腺，但不具乳头；肩带结构似爬行类（具有乌喙骨、前鸟喙骨和间锁骨）。有泄殖腔，雄兽不具交配器官。大脑皮层不发达，无胼胝体。成体无齿，代以角质鞘。体温基本恒定（26℃～35℃），缺乏完善的体温调节能力，其活动能力不强，分布区狭窄。
后兽亚纲：是较低等的哺乳动物类群。主要特征为：胎生，但不具真正的胎盘，胚胎由卵黄囊与母体子宫壁接触，因而幼仔发育不良，妊娠期仅10～40天，需继续在雌兽的育儿袋中长期发育。泄殖腔已趋于退化。肩带中的前乌喙骨与乌喙骨均退化，肩胛骨增大。乳头位于育儿袋内。大脑皮层不发达，无胼胝体。异型龄，但门齿数目较多（常为5／3、3／2）。
真兽亚纲：是高等哺乳动物类群。主要特征是：具有真正的胎盘（尿囊与母体的子宫壁接触），胎儿发育完善后再产出。不具泄殖腔。肩带由单一的肩胛骨构成。乳腺充分发育，具乳头。大脑皮层发达，有胼胝体。异型齿，门牙数目少于5枚。有良好的体温调节机制，体温一般恒定在37℃左右。