Υπάρχουν τρεις ομάδες θηλαστικών: τα πλακούντα θηλαστικά, τα μαρσιποφόρα και τα μονότρεμα. Οι μονότρεμες περιλαμβάνουν μόνο τον πλατύποδα και τέσσερα είδη έχιδνας. Τα υπόλοιπα θηλαστικά είναι όλα πλακούντες ή μαρσιποφόρα. Τα θηλαστικά του πλακούντα είναι σαφώς κυρίαρχα, όπως ήταν για πάνω από 65 εκατομμύρια χρόνια, με πάνω από 5,500 είδη σε κάθε ήπειρο εκτός από την Ανταρκτική. Τα μαρσιποφόρα, με μόνο 334 είδη, έχουν χαράξει μια θέση για τον εαυτό τους στην Αυστραλία, όπου έχει εκτοπίσει σε μεγάλο βαθμό τα πλακούντα θηλαστικά. Τα μαρσιποφόρα βρίσκονται επίσης σε μικρό αριθμό στη Νότια Αμερική και την Κεντρική Αμερική, με ένα μόνο είδος (Virginia Opossum) στη Βόρεια Αμερική.
Τα μαρσιποφόρα και τα πλακούντα θηλαστικά είναι και τα δύο θηλαστικά, δηλαδή θερμόαιμα τετράποδα με ιδρωτοποιούς αδένες που παρέχουν γάλα στα μικρά και καλύπτονται από ένα στρώμα γούνας ή τρίχας. Αυτό που διακρίνει τα δύο μεταξύ τους είναι 1) ο τρόπος αναπαραγωγής τους, 2) τα γεννητικά όργανα και 3) η θερμοκρασία του αίματός τους, η οποία είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή των θηλαστικών του πλακούντα. Για πολλούς αιώνες, τα μαρσιποφόρα θεωρούνταν «πρωτόγονα» θηλαστικά, αλλά υπάρχουν ελάχιστα πραγματικά στοιχεία για αυτό εκτός πολιτιστικών προκαταλήψεων. Επειδή τα μαρσιποφόρα καταλαμβάνουν κυρίως την Αυστραλία και τις απομακρυσμένες περιοχές της Νότιας Αμερικής, χαρακτηρίζονταν ελάχιστα από τους επιστήμονες μέχρι τα μέσα του 1800.
Αντί να μένουν στη μήτρα όπως τα θηλαστικά του πλακούντα, τα μαρσιποφόρα εγκαταλείπουν το σώμα της μητέρας σε πολύ πρώιμο στάδιο, σκαρφαλώνοντας από το άνοιγμα των γεννητικών οργάνων σε μια ειδική θήκη με θηλές για γάλα. Αυτή η εξελικτική στρατηγική αποφεύγει την ανάγκη για έναν πολύπλοκο πλακούντα για την προστασία ενός αναπτυσσόμενου εμβρύου από το ανοσοποιητικό σύστημα της μητέρας του. Τα μαρσιποφόρα και τα πλακούντα θηλαστικά εξελίχθηκαν περίπου την ίδια εποχή, περίπου 125 εκατομμύρια χρόνια πριν, και παρά το γεγονός ότι εξελίχθηκαν ξεχωριστά από εκείνη την εποχή, έχουν παρουσιάσει σημαντική παράλληλη εξέλιξη καθώς ακτινοβολούν από προγόνους που μοιάζουν με γριούλες. Για τον περιστασιακό παρατηρητή χωρίς προηγούμενη γνώση του είδους, ο μόνος τρόπος να διακρίνει ένα μαρσιποφόρο από ένα θηλαστικό του πλακούντα είναι να εξετάσει τα γεννητικά όργανα.
Μερικά γνωστά μαρσιποφόρα περιλαμβάνουν το κοάλα, το καγκουρό, τα οπόσουμ, τα ποσούμ, τα γουόμπατ, τον διάβολο της Τασμανίας, τα μαρσιποφόρα ποντίκια, τα μαρσιποφόρα, και λιγότερο γνωστά είδη όπως ο μαρσιποφόρος τυφλοπόντικας, το νούμπατ, ο μίλμπι και το καγκουρό Μόσχου Αρουραίων. Τα πλακούντα θηλαστικά περιλαμβάνουν τρωκτικά, φάλαινες, ελέφαντες, ενυδρίδες, άλογα, γάτες, σκύλους, ανθρώπους και πολλά άλλα.