Cerebro
A porção aumentada dos hemisférios cerebrais dos mamíferos, o neocórtex, ou neopálio, é formada de forma única. A porção dorsal do córtex é aumentada para a formação do neopálio ( enquanto os souropsídeos aumentam a porção lateral), apresentando uma estrutura laminada complexa. Em mamíferos mais derivados, o neopálio domina todo o encéfalo rostral e se torna altamente invaginado, o que aumenta muito a área de superfície.
Olfato
O apurado senso de olfato da maioria dos mamíferos está, provavelmente, relacionado ao seu comportamento noturno. Os receptores olfatórios estão localizados em um epitélio especializado, sobre os ossos nasoturbinados no nariz.