Los mamíferos se reproducen sexualmente, a través de la unión de espermatozoides y óvulos. Excepto cinco especies de mamíferos que ponen huevos, llamados monotremas, todos los mamíferos dan a luz a crías vivas.
Los mamíferos poseen dos tipos principales de células: células somáticas y células sexuales. Las células somáticas representan la mayoría de las células del cuerpo y son responsables del crecimiento, reparación y curación. Las células sexuales del espermatozoide y el óvulo contienen un conjunto de cromosomas cada uno y se fusionan durante la reproducción sexual para formar un cigoto que luego se convierte en un embrión y luego en un feto. En la mayoría de los mamíferos, el feto se desarrolla en el útero hasta que puede sobrevivir fuera del cuerpo de la madre. En los mamíferos en bolsa, llamados marsupiales, la descendencia nace muy temprano y termina el desarrollo en la bolsa de la hembra. Una placenta se forma en algunas especies de marsupiales, mientras que un simple saco vitelino proporciona nutrientes vitales en otras.
Cinco especies de mamíferos, llamados monotremas, en realidad ponen huevos. Los monotremes, incluidos el ornitorrinco y las cuatro especies de equidna, son todos nativos de Australia y Nueva Guinea. Como las aves, los monotremas poseen una cloaca, que es un orificio único que sirve tanto para la reproducción como para la excreción. Los huevos reciben nutrición del cuerpo de la hembra durante unas pocas semanas antes de ser puestos. Al igual que otros mamíferos, los monotremas tienen glándulas mamarias y alimentan a sus leches jóvenes.