Τα θηλαστικά (επιστημονική ονομασία: Mammalia, γαλλ. mammifère, αγγλ. mammal, γερμ. Säugetiere) είναι μία ομοταξία ομοιοθέρμων αμνιωτών. Κάποια από τα χαρακτηριστικά που τα διακρίνουν από τα άλλα αμνιωτά, τα ερπετά και τα πουλιά, είναι η ύπαρξη τριχώματος, τα τρία οστάρια του μέσου αυτιού, οι μαστικοί αδένες στα θηλυκά, και ένα νεοφλοιό (μια περιοχή του εγκεφάλου). Ο εγκέφαλος των θηλαστικών ρυθμίζει τη θερμοκρασία του σώματος και το κυκλοφορικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένης της καρδιάς. Θηλαστικά είναι τα μεγαλύτερα ζώα στον πλανήτη, οι μπαλενόπτερες φάλαινες, καθώς και μερικά από τα πιο έξυπνα, όπως οι ελέφαντες, ορισμένα πρωτεύοντα και κάποια κητώδη. Ο βασικός τύπος σώματος είναι τετράποδο χερσαίο ζώο, αλλά μερικά θηλαστικά έχουν προσαρμοστεί να ζουν στη θάλασσα, στον αέρα, στα δέντρα, ή στα δύο πόδια. Η μεγαλύτερη ομάδα των θηλαστικών, τα πλακουντοφόρα, έχουν ένα πλακούντα που τροφοδοτεί το έμβρυο κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Το μέγεθος των θηλαστικών κυμαίνεται από 30-40 χιλιοστόμετρα (νυχτερίδα της Ταϊλάνδης) έως 33 μέτρα (γαλάζια φάλαινα).
Η ονομασία θηλαστικά ετυμολογείται από τo ελληνικό ρήμα θηλάζω κατ' αντιστοιχία της λατινικής λέξης mammalis που προέρχεται από τη λέξη mamma που σημαίνει μαστός και δόθηκε από τον Κάρολο Λινναίο το 1758. Τα θηλυκά θηλαστικά τρέφουν τα νεογνά τους με γάλα, το οποίο παράγουν από τους ειδικούς αδένες, τους μαστικούς αδένες. Γι' αυτό το λόγο ονομάζονται και μαστοφόρα. Σύμφωνα με το Mammal species of the World, το 2006 ήταν γνωστά 5.702 είδη. Αυτά ομαδοποιούνται σε 1.229 γένη, 153 οικογένειες και 29 τάξεις. Το 2008 η IUCN ολοκλήρωσε μία πενταετή, 1.700 επιστημόνων Γενική Εκτίμηση των Θηλαστικών για την Κόκκινη Λίστα της η οποία καταμέτρησε 5.488 αποδεκτά είδη στο τέλος της περιόδου. Σε κάποιες ταξινομήσεις, τα θηλαστικά διαιρούνται σε δύο υφομοταξίες (χωρίς να υπολογίζονται τα απολιθώματα): τα Πρωτοθήρια και τα Θηρία. Τα τελευταία διαιρούνται σε δύο ανθυφομοταξίες: τα Μεταθήρια και τα Ευθήρια.
Εκτός από τα πέντε είδη των μονοτρημάτων (ωοτόκα θηλαστικά), όλα τα σύγχρονα θηλαστικά γεννούν ζωντανά μικρά. Τα περισσότερα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των έξι πιο πλούσιων σε είδη τάξεων, ανήκουν στην ομάδα των πλακουντοφόρων. Οι τρεις μεγαλύτερες τάξεις, με φθίνουσα σειρά, είναι τα Τρωκτικά (ποντίκια, αρουραίοι, ύστριχες, κάστορες, καπιμπάρα και άλλα θηλαστικά που ροκανίζουν) τα Χειρόπτερα (νυχτερίδες) και τα Μυγαλόμορφα (μυγαλές, ασπάλακες, σωληνόδοντες). Οι επόμενες τρεις μεγαλύτερες τάξεις, βάσει της ταξινόμησης που χρησιμοποιείται, είναι τα πρωτεύοντα, τα Σαρκοφάγα (γάτες, σκύλοι, νυφίτσες, αρκούδες, φώκιες και οι συγγενείς τους) και τα Αρτιοδάκτυλα. Ενώ η ταξινόμηση των θηλαστικών σε επίπεδο οικογένειας ήταν σχετικά σταθερή, διαφορετικές πραγματεύσεις σε υψηλότερα επίπεδα—υφομοταξία, ανθυφομοταξία και τάξη—εμφανίζονται σε σύγχρονα μεταξύ τους έντυπα, ειδικά για τα μαρσιποφόρα. Οι πιο πρόσφατες αλλαγές αντικατοπτρίζουν τα αποτελέσματα της κλαδιστικής αναλύσεως και της μοριακής γενετικής. Αποτελέσματα της μοριακής γενετικής, για παράδειγμα, έχουν οδηγήσει στην αποδοχή νέων ομάδων όπως τα Αφροθήρια και την εγκατάλειψη παραδοσιακών ομάδων όπως τα Εντομοφάγα.
Οι πρώιμοι συναψιδωτοί πρόγονοι των θηλαστικών ήταν σφηνακοδόντιοι πελυκόσαυροι, μία ομάδα που περιελάμβανε επίσης τον Διμετρόδοντα. Στο τέλος της Λιθανθρακοφόρου περιόδου, αυτή η ομάδα απέκλινε από τη γραμμή των σαυρόψιδων που οδήγησε στα σημερινά ερπετά και πτηνά. Πριν από ποικίλες ομάδες μη θηλαστικών συναψιδωτών (μερικές φορές αναφέρονται ως θηλαστικόμορφα ερπετά), τα θηλαστικά εμφανίστηκαν την πρώιμη Μεσοζωική εποχή. Οι σύγχρονες τάξεις των θηλαστικών εμφανίστηκαν την Παλαιογενή και τη Νεογενή περίοδο του Καινοζωικού αιώνα.
