Дыхательная система млекопитающих состоит из легких, которые имеют большую дыхательную поверхность и альвеолярное строение. Дыхательная поверхность легких у некоторых видов млекопитающих превышает поверхность их тела в 50 раз и больше. Механизм дыхания обусловлен подачей сигнала из головного мозга, после чего расширяются межреберные мышцы и диафрагма и воздух вдыхается, после чего следует выдох.
Кровеносная система млекопитающих имеет сходства с кровеносной системой птиц. Млекопитающие также имеют четырехкамерное сердце, но у млекопитающих от левого желудочка отходит левая дуга аорты. Также, благодаря наличию в крови гемоглобина (дыхательного пигмента, который содержится в кровяных тельцах, эритроцитах), кровь млекопитающих имеет большую кислородную емкость, чем кровь птиц. Из-за высокой активности и выделения большого тепла в результате процессов, проходящих в теле млекопитающих, млекопитающие имеют постоянную высокую температуру тела.