Pattedyr varierer i størrelse fra den enorme blåhvalen til bittesmå gnagere. En av seks grunnleggende dyregrupper, pattedyr lever i havet, i tropene, i ørkenen og til og med i Antarktis. Ulike forskjellige fra hverandre, men pattedyr har imidlertid en rekke viktige fysiske og atferdsegenskaper til felles.
Definitive tellinger er vanskelig å få til - siden noen pattedyr er på randen av utryddelse, mens andre gjenstår oppdaget - men det er for øyeblikket omtrent 5500 identifiserte pattedyrarter, gruppert i omtrent 1200 slekter, 200 familier og 25 bestillinger. Disse tallene kan virke store, men de er faktisk små sammenlignet med omtrent 10 000 arter av fugler, 30 000 arter av fisk, og fem millioner arter av insekter som lever i dag.
Alle pattedyr har melkekjertler, som produserer melken som mødrene opprettholder sine nyfødte med. Imidlertid er ikke alle pattedyr utstyrt med brystvorter; platypusen og echidna er monotremer som pleier ungene sine via "melkeplaster" som sakte siver melk. Monotremer er også de eneste pattedyrene som legger egg; alle andre pattedyr føder levende unge, og kvinner er utstyrt med morkaker.
Alle pattedyr har hår som utviklet seg i løpet av Triassperiode som en måte å beholde kroppsvarmen på, men noen arter er hårere enn andre. Mer teknisk sett har alle pattedyr hår på et tidspunkt i livssyklusene sine; for eksempel hval- og marsvinembryoer har bare hår i en kort periode, mens de svinger i livmoren. Tittelen verdens hårigste pattedyr er en debattspørsmål: Noen spenner muskoksen, mens andre insisterer at sjøløver pakker flere follikler per kvadratmeter hud.
For rundt 230 millioner år siden, i den sene triasperioden, en befolkning på therapsids ("pattedyrlignende krypdyr") splittes i første sanne pattedyr (en god kandidat for denne æren er Megazostrodon). Ironisk nok utviklet de første pattedyrene seg nesten nøyaktig samme tid som første dinosaurer; i de neste 165 millioner årene ble pattedyr forvist til evolusjonens periferi, og bodde i trær eller gravende under jorden, helt til utryddelsen av dinosaurene endelig tillot dem å ta sentrum scene.
Alle pattedyr deler noen viktige anatomiske quirks, alt fra den tilsynelatende mindreårige (de tre bittesmå beinene i det indre øret som bærer lyd fra trommehinnen) til den åpenbart ikke-så-mindreårige. Det kanskje mest betydningsfulle er det neokortiske området i hjernen, som står for den relative intelligensen til pattedyr sammenlignet med andre typer dyr, og firkammers hjerter hos pattedyr, som effektivt pumper blod gjennom deres organer.
Selv om den nøyaktige klassifiseringen av pattedyr fortsatt er gjenstand for tvist, er det åpenbart at pungdyr (pattedyr som ruger ungene sine i vesker) er forskjellige fra morkaker (pattedyr som inkuberer sine unger helt i livmoren). En måte å redegjøre for denne splittelsen er å dele pattedyr i to evolusjonære klader: Eutherians ("sanne dyr") som inkluderer alle placentale pattedyr og Metatherianer ("over dyrene") som divergerte fra euthererne en gang i løpet av Mesozoic Era og inkluderer alle levende pungdyr.
Årsaken til at alle pattedyr har hår, er at alle pattedyr har det endotermisk eller varmblodsmetabolisme. Endotermiske dyr genererer sin egen kroppsvarme fra indre fysiologiske prosesser, i motsetning til kaldblodige (ektotermiske) dyr, som varmes opp eller avkjøles i henhold til miljøets temperatur de bor i. Hår har samme funksjon hos varmblodige dyr som et fjærbelegg gjør hos varmblodige fugler: det hjelper til med å isolere huden og forhindre at vital varme slipper ut.
Delvis takket være større hjerner, har pattedyr en tendens til å være mer sosialt avanserte enn andre typer dyr. Eksempler på sosial oppførsel inkluderer flokkoppførselen til gnuer, jaktenes dyktighet for ulvepakker og dominansestrukturen til abesamfunn. Imidlertid, dette er en forskjell på grad, og ikke av slag: maur og termitter viser også sosial oppførsel (som, ser imidlertid ut til å være helt fastkablet og instinktuell), og til og med noen dinosaurer streifet over de mesozoiske slettene i besetninger.
En stor forskjell mellom pattedyr og andre store virveldyrsfamilier som amfibier, krypdyr og fisk er at nyfødte krever minst litt foreldrenes oppmerksomhet for å trives. Når det er sagt, er imidlertid noen pattedyr mer hjelpeløse enn andre: en menneskelig nyfødt ville dø uten nær foreldre stell, mens mange plantespisende dyr (som hester og sjiraffer) er i stand til å gå og fôre umiddelbart etter fødsel.
Noe av det mest fantastiske ved pattedyr er de forskjellige evolusjonsnisjene de har klart å spre seg over de siste 50 millioner årene. Det er svømmende pattedyr (hvaler og delfiner), flygende pattedyr (flaggermus), treklatrende pattedyr (aper og ekorn), gravende pattedyr (gophers og kaniner), og utallige andre varianter. Som en klasse har faktisk pattedyr erobret flere naturtyper enn noen annen familie av virveldyr; derimot, i løpet av sine 165 millioner år på jorden, ble dinosaurene aldri helt vannlevende eller lærte å fly.