Ранние терапсиды имеют дифференцированные зубы — длинные, колющего типа клыки, резцы, позволяющие «отрезать» куски мяса от добычи. Однако они не выдержали конкуренции с более прогрессивными рептилиями того времени и вымерли, оставив только мелкие формы.

Наиболее продвинутые из них — цинодонты (Cynodontia) — также включали хищные формы, отличающиеся наиболее зверообразными признаками.

Самые ранние млекопитающие известны из позднего триаса — ранней юры (около 200 млн. лет). Это мелкие формы, напоминающие современных землероек. Зубная система состоит из молочных зубов (резцы, клыки, премоляры), сменяющихся только один раз, и не сменяющихся моляров, у последних имеется два корня и особый, не встречавшийся у рептилий, характер окклюзии. На формирование класса млекопитающих (Mammalia) от возникновения до вытеснения динозавров и захват господства в биосфере потребовалось более 130 млн. лет.

Становление млекопитающих требовало высокой остроты зрения, обоняния, слуха, осязания — это стимулировало развитие и органов чувств, и нервных структур. Кроме того, интенсивный метаболизм подразумевал высокую эффективность пищевого поведения.

Мелкие размеры (до 20 грамм) вынуждали рождать настолько незрелых детенышей, что они были полностью зависимы от материнского молока, обогрева и защиты. Ранние млекопитающие разделились на две ветви. Первая — подкласс первозверей (Prototheria), которые сохранили характерную для рептилий откладку яиц. Их потомки из отряда однопроходных (Monotremata) представлены в настоящее время утконосом и ехиднами. Вторая ветвь — подкласс настоящие звери (Theria), приобрели способность к живорождению.