Les mammifères se reproduisent sexuellement, via l'union de spermatozoïdes et d'ovules. À l'exception de cinq espèces de mammifères pondeurs, appelés monotrèmes, tous les mammifères donnent naissance à des petits vivants.
Les mammifères possèdent deux principaux types de cellules : les cellules somatiques et les cellules sexuelles. Les cellules somatiques représentent la plupart des cellules du corps et sont responsables de la croissance, de la réparation et de la guérison. Les spermatozoïdes et les ovules sexuels contiennent chacun un jeu de chromosomes et fusionnent pendant la reproduction sexuée pour former un zygote qui se développe plus tard en embryon puis en fœtus. Chez la plupart des mammifères, le fœtus se développe dans l'utérus jusqu'à ce qu'il soit capable de survivre en dehors du corps de la mère. Chez les mammifères à poche, appelés marsupiaux, la progéniture naît très tôt et termine son développement dans la poche de la femelle. Un placenta se forme chez certaines espèces de marsupiaux, tandis qu'un simple sac vitellin fournit des nutriments essentiels chez d'autres.
Cinq espèces de mammifères, appelées monotrèmes, pondent en fait des œufs. Les monotrèmes, dont l'ornithorynque à bec de canard et quatre espèces d'échidnés, sont tous originaires d'Australie et de Nouvelle-Guinée. Comme les oiseaux, les monotrèmes possèdent un cloaque, qui est un orifice unique qui sert à la fois à la reproduction et à l'excrétion. Les œufs sont nourris par le corps de la femelle pendant quelques semaines avant d'être pondus. Comme les autres mammifères, les monotrèmes ont des glandes mammaires et se nourrissent de leur jeune lait.
