Pattedyr er jevnvarme eller «varmblodige» (). Denne egenskapen er de ikke alene om (også fugler er f.eks. likevarme), men den er ervervet uavhengig av andre grupper. Fordelen ved likevarmhet er at pattedyr kan «ta i bruk» flere habitater, og at de kan opprettholde et høyt aktivitetsnivå uavhengig av temperaturen. I sammenheng med enten likevarmheten eller det høye aktivitetsnivået har pattedyr: pels (som varmeisolasjon og værhår), svettekjertler (til varmereguleringen), beina forskjøvet kroppen (ikke kroppen, som hos amnioter for øvrig; resultatet er bedre bevegelighet), et hjerte som er fullstendig delt i et venstre og et høyre hjertekammer (fordi et høyere nivå på stoffskifteaktiviteten trenger et hjerte som kan dele oksygenrikt fra ‑fattig blod). Som en videre konsekvens av dette har pattedyr mistet den høyre aortabuen. (Fugler, hvis sirkulasjonssystem gjennomgikk lignende tilpasninger da deres stamart ble likevarm, har også redusert en aortabue. Men hos fuglene var dette den venstre.) Pattedyr har yngelpleie. Dette kan være en av grunnene til at de måtte opprettholde et så høyt aktivitetsnivå i utgangspunktet. En unik egenskap som står i sammenheng med yngelpleien, er melkekjertler hos hunnene (som oppstod som en «videreutvikling» av de nevnte svettekjertlene). Pattedyr har en såkalt . Dette betyr at kjeveleddet utgjøres av knokler som opprinnelig ikke inngikk i dette leddet. (I stamarten til amniotene var kjeveleddet en kontakt mellom kvadratbeinet og leddbeinet, hos pattedyr mellom dentale og squamosum.) De opprinnelige kjeveknoklene, som derfor ikke lenger trengtes i kjeven, gjennomgikk et unikt funksjonsskifte og ble til knokler i mellomøret: kvadratbeinet har blitt til ambolten (), leddbeinet har blitt til hammeren (), angularet har blitt til trommebeinet (); sammen med stigbøylen (, som allerede oppstod i amniotenes stamart) forbedret disse knoklene hørselen enormt. En videre forbedring ble oppnådd ved evolusjonen av øremuslingen og dannelsen av sneglehuset i det indre øret. Pattedyr har en «arbeidsdeling» mellom tennene (): Stamarten hadde fem fortenner, én hjørnetann, fire premolarer og fire jeksler. Antallet ble redusert i mange av delgruppene. Samtidig med arbeidsdelingen oppstod tannskiftet med to «tanngenerasjoner». Det dannes altså ikke lenger nye tenner gjennom hele livet. De røde blodlegemene mister hos pattedyr sin cellekjerne. Hjernen ble betydelig forstørret i pattedyrenes stamart. Spesielt forhjernen (og her igjen spesielt neopallium) ble videreutviklet.