在是哺乳动物和其他嵴椎动物脑之间最大的区别。其他嵴椎动物的大脑表面由称作皮层（Pallium）的简单三层结构。而哺乳动物的皮层演化成了复杂的六层结构称为新皮质（neocortex或者isocortex）。 哺乳动物许多位于新皮质边缘的区域，包括海马体和杏仁核也得到了进一步的巨大发展。大脑皮质的完善发育给其他脑区也带来了变化。例如对于大多数嵴椎动物来说在视觉控制方面非常重要的上丘，在哺乳动物那里缩小了很多，其大部分功能都被大脑皮质的视觉区域取代了。 哺乳动物的小脑包括一大片区域用于支持大脑皮质，称为新小脑