I mammiferi possono essere raggruppati in tre classi sulla base del sistema di riproduzione. Per la maggior parte sono Placentali: con la fecondazione, subito dopo l'accoppiamento, l'uovo incomincia immediatamente a dividersi, dando origine all'embrione. Il periodo di gestazione varia da specie a specie, da 3 o 4 settimane per i più piccoli roditori fino a 21 mesi per l'elefante. Durante questo periodo il piccolo si sviluppa all'interno del corpo materno e viene nutrito tramite la placenta, collegata al sistema circolatorio della madre. Si chiamano invece marsupiali quei mammiferi, come per esempio il canguro o il koala, che partoriscono i piccoli in uno stadio ancora embrionale e che devono completare il proprio sviluppo nella tasca posta sul ventre della madre: il marsupio.
Esistono infine due sole specie di mammiferi monotremi, l'ornitorinco e l'echidna, che hanno la caratteristica di deporre le uova.
In generale, nei mammiferi, il numero di cuccioli partoriti sembra essere in relazione al livello di intelligenza e all'efficienza nella cura della prole: gli animali più evoluti partoriscono meno piccoli per volta e dedicano loro maggiore attenzione.