中生代初期，当恐龙获得大发展时，出现了一支不起眼的兽齿类，它们经过不断地演化，逐渐从爬行动物中分化出来，成为原始哺乳动物。原始哺乳动物经过整个中生代的孕育，在新生代获得更大的发展，它们栖息环境多样，生活习性不同，成为大地的新主人。哺乳类现生约有4000种，绝灭的种类数量更多。而鸟类的出现使大地的繁荣更增添了色彩。鸟类动听的鸣叫与美丽的羽毛给地球带来了温馨和生机，它们不仅扩大了脊椎动物的数量，拓宽了生活和分布领域，而且与其他生物一起，共同构成了完整的地球生物链。
中生代是恐龙的一统天下。那时，在丛林和草地上躲躲闪闪地生存着一种小型爬行动物，这就是兽齿类。兽齿类的大小同现代的狗差不多，它们的头骨长而窄，具有次生腭，次生腭把鼻通道与口腔分隔开，是一种重要的进化。此外，牙齿已有门齿、大齿和颊齿之分，这也和一般的爬行动物不同。兽齿类的脊柱结构也很复杂，四肢向身体下方直立，这表明，它们是一种行动敏捷、善于奔走的动物。在我国山西曾发现过的中国颌兽化石就属于兽齿类。
兽齿类进一步发展，出现了三列齿兽类，它们的身体构造特征更接近真正的哺乳动物，广泛分布在欧洲、非洲、北美和亚洲。在云南禄丰盆地，人们曾发现过卞氏兽和禄丰兽等化石，这些化石都属于三列齿兽类，由于它们既保留了爬行动物的一些特征，又具有哺乳动物的特点，被科学家们称为似哺乳爬行类，它们与哺乳动物的发展有直接的联系。
从侏罗纪中期起，哺乳动物有了更广泛的分布，尽管当时恐龙独霸一方，但由于哺乳动物体型灵巧，能够成功地躲避食肉恐龙的追杀，又由于它们一般以捕食昆虫为食，有自己独特的取食范围，因此并不因恐龙的昌盛限制自身的发展。到白垩纪时，哺乳动物已经具有很强的竞争优势了。随着哺乳类的发展，逐渐形成三个演化分支，一支为单孔类，现生类型以鸭嘴兽为代表；一支为有袋类，现生类型以大袋鼠等为代表；另一支为有胎盘类，现生类型最多，人们熟知的鼠、猫、马、牛、猴等都属于有胎盘类。
哺乳类在动物界中是最高等的，它们有非常完善的适应能力，身体恒温；具有乳腺，可对幼仔哺乳；脑发达，能够支配行动；胎生（单孔类除外），可利于延续后代等，这些是爬行动物望尘莫及的。正因为这样，当中生代末地壳运动加剧，环境发生重大变化时，恐龙等难以适应和生存，而哺乳类则显示了很强的竞争优势，不断发展壮大起来。在长期的演化中，有胎盘类具有更完善的适应功能，构成了哺乳动物家族中的主流。化石和现生哺乳动物的绝大部分都属于有胎盘类，有胎盘类哺乳动物约有30个目，人们熟知的就有翼手目（蝙蝠）、食肉目（猫）、鲸目（海豚）、啮齿目（鼠）、奇蹄目（马）、偶蹄目（牛）、长鼻目（象）和灵长目（猿）等。
由于哺乳类的骨骼结构比爬行类更为坚固、紧凑，容易得到保存并形成化石，因此对化石收集者和专业古生物研究人员十分有利，他们可以发掘到完整的骨架，并开展深入系统的研究。但是，在化石的分类和鉴定中，牙齿化石对哺乳类最为重要，哺乳动物在幼年期生有乳齿，在发育和生长过程中萌生的恒齿不随身体的增长而发生变化，同时各种哺乳动物的牙齿也具有不同的特征，这样古生物学家只要依据牙齿的类型和特征就可对其进行分类和鉴定了，换句话说，在地层中发现几枚保存完好的哺乳类牙齿化石更为重要，它们能够帮助人们很快鉴定出这是哪一种哺乳动物。