Nervensystem und endokrines System
Das Nervensystem und das endokrine System sind in ihrer Funktion eng miteinander verwandt, denn beide dienen der Koordination von Aktivitäten. Die endokrinen Drüsen der Säugetiere haben im Allgemeinen komplexere Regulationsfunktionen als die der niederen Wirbeltiere. Dies gilt insbesondere für die Hypophyse, die Hormone liefert, die den Fortpflanzungszyklus regulieren. Das follikelstimulierende Hormon (FSH) leitet die Reifung des Eierstockfollikels ein. Das luteinisierende Hormon (LH) vermittelt die Bildung des Gelbkörpers aus dem Follikel nach dem Eisprung. Prolaktin, ebenfalls ein Produkt des Hypophysenvorderlappens, regt die Milchbildung an.
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Die Steuerung der Hypophyse erfolgt zum Teil durch Neurohumoren aus dem Hypothalamus, einem Teil des Vorderhirns, der über Nerven- und Kreislaufbahnen mit der Hypophyse in Verbindung steht. Der Hypothalamus ist bei Säugetieren von größter Bedeutung, denn er integriert Reize aus der inneren und äußeren Umgebung und leitet Signale an höhere Zentren oder an autonome Bahnen weiter.
Das Kleinhirn der Wirbeltiere befindet sich am vorderen Ende des Hinterhirns. Seine Aufgabe ist es, die motorischen Aktivitäten zu koordinieren und die Körperhaltung aufrechtzuerhalten. Bei den meisten Säugetieren ist das Kleinhirn hoch entwickelt, und seine Oberfläche kann gewunden sein, um seine Fläche zu vergrößern. Die Daten, mit denen das Kleinhirn arbeitet, stammen von Propriozeptoren („Selbstsensoren“) in den Muskeln und vom häutigen Labyrinth des Innenohrs, das Informationen über die Position und die Bewegungen des Kopfes liefert.
Bei den Wirbeltiervorfahren der Säugetiere waren die Großhirnhemisphären Zentren für die Aufnahme von Geruchsreizen (siehe auch Geruch). Die Evolution der Wirbeltiere hat eine zunehmende Bedeutung dieser Lappen für die Integration von Reizen begünstigt. Ihre starke Entwicklung bei den Säugetieren als Assoziationszentren ist verantwortlich für das „kreative“ Verhalten der Mitglieder dieser Klasse, d. h. die Fähigkeit zu lernen, sich als Individuum an kurzfristige Umweltveränderungen durch angemessene Reaktionen auf der Grundlage früherer Erfahrungen anzupassen. In der Evolution der Wirbeltiere hat sich die graue Substanz des Großhirns von einer primitiven inneren Position in den Hemisphären zu einer oberflächlichen Position bewegt. Die oberflächliche graue Substanz wird als Pallium bezeichnet. Das Paleopallium der Amphibien ist zu den Riechlappen der höheren Wirbeltiere geworden; die dorsolaterale Oberfläche, das Archipallium, ist zum Hippocampus der Säugetiere geworden. Der große neurale Fortschritt der Säugetiere liegt in der Entwicklung des Neopalliums, das den größten Teil des Großhirns ausmacht. Das Neopallium ist ein Assoziationszentrum, das dominante Zentrum der neuronalen Funktion und ist an der so genannten „intelligenten“ Reaktion beteiligt. Im Gegensatz dazu ist das höchste Zentrum des Vogelgehirns der Corpus striatum, ein evolutionäres Produkt der basalen Kerne des Amphibiengehirns. Daher ist der Großteil des komplexen Verhaltens der Vögel instinktiv. Die Oberfläche des Neopalliums neigt bei einigen Säugetieren dazu, sich durch Faltenbildung stark auszudehnen und Falten (Gyri) zwischen tiefen Rillen (Sulci) zu bilden.