体型很小，尽是一类体长12厘米左右，与老鼠体型相仿的小型捕猎者。进入新生代后恐龙势微，于是哺乳动物得以占据更多的生态位，并迅速演化出具备丰富多样性的成千上万个不同物种来。在5000万年前就出现了早期的蝙蝠和鲸；等到了4000万年前，如今在哺乳纲下面的各个目就都基本出现了。到了第四纪，哺乳动物已经成为陆地上占支配地位的动物。虽然冰河期让包括勐犸象在内的一批大型的哺乳动物遭到灭顶之灾，但大部分能存活至今的物种一直就没有发生太多变化。
演化树.本树状图只绘出了与哺乳动物的演化过程有关