Головной мозг млекопитающих сильно развит и по массе значительно больше спинного (в 3-15 раз). Наиболее развитыми отделами являются передний мозг и мозжечок. Развитие переднего мозга произошло за счет разрастания коры больших полушарий. В коре образовались борозды, увеличивающие ее поверхность. Благодаря развитой коре больших полушарий у млекопитающих легко вырабатываются условные рефлексы, которые позволяют им быстро адаптироваться в меняющихся условиях среды обитания.