Сложное поведение млекопитающих обусловлено высоким уровнем развития головного мозга. Низшие млекопитающие по развитию высшей нервной деятельности не сильно отличаются от пресмыкающихся и птиц. Другие группы (собаки, дельфины, человекообразные обезьяны) достигают самого высшего уровня развития психической деятельности среди животных.

Для отдельных особей, семей, стай (у травоядных – стад) характерна привязанность к определённой территории, которую животные метят тем или иным способом (мочей, выделениями пахучих желёз и т. п.) и защищают от вторжения особей того же вида. В пределах стад и стай существует сложная внутренняя иерархическая структура.

Для ряда зверей (северные олени, песцы, киты, летучие мыши) характерны регулярные сезонные миграции. Иногда можно наблюдать и массовое переселение животных в связи с интенсивным размножением или недостатком кормов; многие животные при этом гибнут.

У млекопитающих хорошо вырабатываются условные рефлексы. Это позволяет им легко приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Некоторые виды с наступлением неблагоприятного сезона впадают в глубокий сон или спячку. В течение спячки они существуют за счёт запасов жира, накопленных летом и осенью.