Anche se le abitudini dei mammiferi possono essere modificate da vari fattori, essi sono distinti, sulla base delle preferenze alimentari, in erbivori, carnivori ed onnivori. La stagione, l'età dell'animale e le condizioni sfavorevoli possono portare quasi tutte le specie a nutrirsi di cibi diversi. Pochi sono gli animali che non possono adattarsi a cambiare la loro dieta abituale.I mammiferi sono per la maggior parte erbivori e si nutrono di foglie, ramoscelli, bacche, ghiande, frutta, erba, semi, nettare e corteccia. Gli scoiattoli, per esempio, sono ghiotti di nocciole, i grandi erbivori delle praterie africane preferiscono erba e foglie, alcune specie di pipistrelli vivono di nettare che estraggono dai fiori che si schiudono di notte.
Procacciarsi il cibo è decisamente più difficile per i mammiferi carnivori, come i felini o i lupi, costretti a mettere a punto complesse tecniche di caccia. Sono carnivori anche molti mammiferi marini, come foche ed otarie, grandi divoratrici di pesce.
Gli animali onnivori sono infine quelli che possono nutrirsi di alimenti vari, carne o vegetazione a seconda delle stagioni e di ciò che l'ambiente può offrire. Gli orsi, per esempio, mangiano salmoni, quando questi risalgono i fiumi, bacche quando sono mature, miele e anche piccoli mammiferi, quando li incontrano.
Molti sono i mammiferi "previdenti", capaci di immagazzinare cibo durante la stagione calda dell'abbondanza per sopravvivere nei mesi più freddi. I piccoli roditori ammassano pigne, erba o semi, mentre molti carnivori conservano la selvaggina seppellendola, soprattutto nelle regioni artiche.