Половая система у самцов состоит из парных семенников, семяпроводящих протоков, придаточных желез и совокупительного органа. Семенники (в них образуются и созревают сперматозоиды) у большинства видов расположены в специальном мешочке мошонке.
У самок половая система состоит из парных яичников, яйцеводов, матки и влагалища. В личинках образуются яйцеклетки. По мере созревания они выделяются и попадают вначале в верхние участки яйцеводов, где, как правило, и происходит их оплодотворение. Оплодотворенная яйцеклетка перемещается в матку, где при дальнейшем развитии зародыша образуется детское место плацента. Наружный слой ее, губчатый и рыхлый, называется хори он. На нем хорошо видны многочисленные ворсинки, которые врастают в стенки матки, через них эмбрион получает от матери все необходимые вещества. Носде рождения детенышей плацента также выводится наружу.
У большинства млекопитающих наблюдается половой диморфизм отличие самок от самцов по внешнему виду. Последние, как правило, крупнее.
Отмечено, что плодовитость диких зверей непостоянна. Интенсивность размножения связана с общим физиологическим состоянием всей популяции особей, в первую очередь с их упитанностью, и зависит от половой и возрастной структуры. В годы неурожаев плодовитость животных резко снижае ся и, наоборот, в урожайные их численность резко возрастает. Наиболее высокая интенсивность размножения у грызунов и других мелких зверьков.
Наименьшее количество детенышей рождается у крупных млекопитающих.
Половые циклы повторяются у самок до тех пор, пока они способны к размножению. С возрастом эта способность утрачивается и наступает климакс.
Половое возбуждение самцов называется гоном. Копытные звери, например олени, ревут, бьют землю ногами, храпят, нападают друг на друга; собаки лают, щелкают зубами; выдры беспрерывно ныряют. Часто половое возбуждение сопровождается брачными играми. Самцы во время гона издают резкий запах, что облегчает встречу с самкой. Сроки спаривания зависят от географических и погодных условий, специфики видов.
Среди млекопитающих есть моногамы (волк, лисица, горностай) самец имеет одну самку и совместно с ней воспитывает детенышей и полигамм (соболь, кабан, косуля, заяцбеляк) у самца несколько самок, а воспитанием потомства занята только самка. Утаких зверей, как белка, бобр, можно наблюдать переходы от полигамии к моногамии. Для рукокрылых (рыжая вечерница, нетопыри) характерна полиандрия у одной самки несколько самцов.