Memeliler, sperm ve yumurta hücrelerinin birleşmesi yoluyla cinsel olarak ürerler. Monotremler adı verilen beş yumurtlayan memeli türü hariç, tüm memeliler genç yaşta doğar.
Memeliler iki ana hücre tipine sahiptir: somatik hücreler ve cinsiyet hücreleri. Somatik hücreler, vücut hücrelerinin çoğunu oluşturur ve gelişim, onarım ve iyileşmeden sorumludur. Sperm ve yumurta cinsiyet hücreleri, her biri bir kromozom seti içerir ve cinsel üreme sırasında daha sonra embriyo ve daha sonra bir fetüste dönüşen bir zigot oluşturmak için birleşir. Çoğu memelilerde, fetus rahim içinde, annenin vücudunun dışında hayatta kalana kadar gelişir. Keseli denilen keseli memelilerde yavrular çok erken doğar ve dişi kese içinde gelişimi bitirir. Bir plasenta bazı kestane türlerinde oluşurken, basit bir yumurta sarısı kesesi diğerlerinde yaşamsal besinleri sağlar.
Monotremler adı verilen beş memeli türü aslında yumurta bırakır. Ördek gagalı ornitorenkler ve dört ekinezya türü de dahil olmak üzere monotremler, Avustralya ve Yeni Gine’ye özgüdür. Kuşlar gibi, monotremler de hem üreme hem de atılım için kullanılan tek bir delik olan bir kloaca sahiptir. Yumurtalar, koyulmadan birkaç hafta önce dişinin vücudundan beslenir. Diğer memelilerde olduğu gibi, monotremler de meme bezlerine sahiptir ve genç sütlerini besler.
