Tüm memeliler vücutlarının en azından bir kısmını örten saçlara sahiptir, gençlerini meme bezlerinden geçirir ve kaslı, dört odacıklı kalpleri vardır. Tüm memelilerde ayrıca üç iç kulak kemiği vardır: malleus ve stapes ve tek bir kemikten yapılmış alt çeneler. Tüm memeliler omurgalıdır, yani omurgaları vardır ve hepsi sıcak kanlıdır, bu da kendi vücut ısısını düzenleyebilecekleri anlamına gelir.
Memelilerin sıcak kanlı olmaları, dünyadaki çoğu iklimde yaşamalarını sağlar. Vücutları, çevreleri ne olursa olsun, sabit bir iç sıcaklığı koruyabilirler. Sabit bir vücut ısısını korumak çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle memeliler bol miktarda diyet yemeye meyillidir.
Kadın memeliler gençleri için süt üretirler ve bu süt meme bezlerinden salgılanır. Memelilerin çoğunda, fakat hepsinde değil, meme uçlarında bulunan meme bezleri vardır. Ornitorenkler ve ekidnaların meme uçları yoktur ve bunun yerine karınlarındaki özel kanallardan süt salgılarlar. Süt üretmek, memelilerin gençleriyle daha fazla zaman geçirmelerini ve onlara nasıl hayatta kalacağını öğretmelerini sağlar.
Memeliler, Dünya'da saçları olan tek hayvan sınıfıdır. Bazı memeliler tamamen saça kaplanırken, balinalar gibi bazılarında sadece seyrek saç lekeleri bulunur. Saç, memelilerin vücutlarıyla dış çevre arasında bir yalıtım tabakası sağlayarak vücut sıcaklıklarını düzenlemelerine yardımcı olur.
