哺乳動物頭骨比爬行動物頭骨的骨塊更少，愈合得更好，這使得哺乳動物的頭骨更加堅固。如果一個古動物的耳區(qū)構造能夠保留下來并形成化石，那么只要根據(jù)是存在一塊還是三塊聽小骨，就可以判斷它是否屬于哺乳動物。

哺乳動物具有很多特點，比如它們具有很高的代謝率；體溫保持恒定；四肢是向下方伸出，而不是像爬行動物或兩棲動物那樣向兩側伸出；有皮毛可以保持身體的溫暖；胚胎在母體內發(fā)育，一直發(fā)育到相當程度時才出生；母親用乳汁來喂養(yǎng)幼仔……不過，哺乳動物的上述特點大多都難以在化石中表現(xiàn)出來。所以，對于古生物學家來說，要判斷一件化石是哺乳動物的還是爬行動物的，多數(shù)還是要靠牙齒和骨骼這些容易保存為化石的部分，比如可以通過動物頭骨化石的耳區(qū)結構來區(qū)分。

哺乳動物頭骨比爬行動物頭骨的骨塊更少，愈合得更好，這使得哺乳動物的頭骨更加堅固。爬行動物的下頜由多塊小骨頭組成，而哺乳動物的下頜骨只由一塊叫齒骨的骨頭構成。爬行動物的頭骨和下頜骨之間利用方骨和關節(jié)骨相互連接，聽小骨只包括一塊鐙骨（也稱耳柱骨）。而哺乳動物的頭骨和下頜骨利用鱗骨和齒骨相互連接，聽小骨從外向內依次有錘骨、砧骨和鐙骨三塊，其中錘骨和砧骨分別由關節(jié)骨和方骨演化而來。聽小骨能在耳膜與充滿液體的內耳間傳遞聲音到耳蝸，產生聽覺的感知。如果一個古動物的耳區(qū)構造能夠保留下來并形成化石，那么只要根據(jù)是存在一塊還是三塊聽小骨，就可以判斷它是否屬于哺乳動物。

除了下頜骨和聽小骨的不同，哺乳動物的牙齒形態(tài)也與爬行動物的有較大差別。多數(shù)爬行動物嘴中的牙齒是同一種形態(tài)，或者全是錐形，或者全是葉形，但哺乳動物的牙齒出現(xiàn)了門齒、犬齒、前臼齒和臼齒的分化，適用于不同的功能，如抓取、穿刺、切割、研磨等。由于食性和行為的差異，不同類群的哺乳動物的牙齒形態(tài)也千差萬別，于是科學家僅僅通過觀察研究牙齒化石，就可以推斷出哺乳動物的類別甚至具體到屬種的分類。