最早的有袋類化石發現在北美洲上白堊統地層裏，和現代的美洲負鼠相似，是現代美洲負鼠的祖先。看來負鼠從白堊紀到現代這段漫長的時期裏很少改變，所以負鼠也可以說是一種活化石。因此我們可以從負鼠來了解原始有袋類。
負鼠的大小和家貓差不多，毛很粗糙；有一條禿尾巴，能用來繞住樹枝；腳很原始，爪發育很好。所以負鼠是爬樹能手。它的頭骨沒有特化，腦顱很小，牙齒很原始，上麵五個，下麵的齒式是4-1-3-4，臼齒也是原始類型。
晚白堊世的這種負鼠叫始負鼠，可以認為是有袋類的祖先，大概是從白堊紀初期的古獸類分化出來以後演變下來的。至於從什麼古獸類分化出來，從早白堊世到晚白堊世又是怎樣演變的，現在都沒有化石資料能夠說明這些問題。
從始負鼠起，有袋類沿著不同的適應輻射路線發展著。
現代有袋類主要生活在澳洲和美洲。
澳洲有袋類最出名的是大袋鼠，是植食性的。它常用強有力的後腿跳躍前進。但是除了袋鼠之外，還有各式各樣的有袋動物，如袋兔、袋熊、袋鼬、袋狼、袋獾等，有些是雜食性的，也有些是肉食性的。
美洲的有袋類，在新生代的第三紀中期和晚期曾經出現過肉食性的袋犬、袋劍虎，還有植食性的古袋鼠，現在都已經滅絕了。現存的有袋動物除負鼠外，還有新袋鼠。
現代的有袋類隻分布在澳洲和美洲，這是不是說在別的大陸從來沒有過有袋動物呢？雖然現在化石證據還很不充分，但是古生物學家都傾向於認為，在白堊紀的時候，有袋類很可能在全世界廣泛分布。
在白堊紀末期，由於大陸漂移，澳洲和亞洲完全分開。在澳洲的有袋類沒有遇到高等哺乳動物的競爭，獲得廣泛的適應輻射，一直繼續生存到今天，成為占優勢地位的動物。
美洲也在白堊紀離開了歐洲和非洲。而在第三紀早期，南美洲又由於地峽斷裂而和北美洲相隔離。因此美洲、特別是南美洲也成了有袋動物的家鄉。但是北美洲後來發展了高等哺乳動物。在第三紀末，南美洲再一次通過地峽和北美洲連結起來。因此美洲的有袋類絕大多數在和高等哺乳動物的競爭中滅絕了，但是還有一些幸存者，生存到今天。
至於在其他幾個大陸，它們都經受不住高等哺乳動物的競爭，在第三紀晚期滅絕了。
和有袋類競爭的高等哺乳動物，就是從古獸類分化出來的有胎盤類。
有胎盤類哺乳動物
新生代通常被稱為哺乳動物的時代，更應稱之為有胎盤類哺乳動物的時代，因為從白堊紀過渡到新生代以後，這些動物幾乎是地球上最占優勢的動物。
有胎盤哺乳動物又稱真獸類，它們的幼仔在母體內生長一個相當長的時期，發育到一個比較成熟的階段出生。它們從古老的爬行動物的卵那兒繼承的尿膜與子宮相接觸，通過這個接觸區域——胎盤，食物和氧氣從母體輸入到正在發育的胚胎。因此，有胎盤類哺乳動物在出生的時候，比起有袋類新生的幼仔來，無可比擬地成熟得多。
有胎盤類腦顱的擴大也許是最重要的特征，它反映出大部分有胎盤類與有袋類比較起來具有更高的智力。和有袋類通常穿透了的口蓋相比，有胎盤類頭骨具有結實的骨質口蓋；下頜上向內彎曲的角經常缺失。具有7個頸椎，頸椎後麵是一係列帶有肋骨的胸椎，再後麵是一係列沒有肋骨的腰椎。肢帶和四肢基本上與有袋類的相似，骨盆上沒有上恥骨或袋骨。
牙齒在研究有胎盤類哺乳動物上具有特別的重要性。如果所有有胎盤哺乳動物（除了人以外）都滅絕了，而僅以牙齒化石來分類，結果也和根據哺乳動物整體解剖知識所得出的分類基本相同。
有胎盤哺乳動物的基本齒式是上下頜每邊有3個門齒、1個犬齒、4個前臼齒和3個臼齒。這個齒式可以用數字表示為：3-1-4-3，它在白堊紀最早的有胎盤類中就已經出現，而且還保留在許多現生哺乳動物中。當然，有許多有胎盤類中，牙齒已經極端特化，但都是從原始齒式分化出去的。
大多數有胎盤哺乳動物的門齒都比較簡單，為單一齒根的釘或片，適於夾住食物。有些哺乳動物的門齒增大，而另一些的則退化或者消失。在幾種哺乳動物中，它們變得複雜了，帶有梳狀的齒冠。但盡管它們有著各種各樣的特化，門齒總是保持單一的齒根，使牙齒固定在頜骨上。
原始哺乳動物的犬齒增大成刺狀，起刺戮或穿透作用。犬齒在許多分化適應中總是保持單一的齒根，但是在齒冠上可以出現各種特化，特別是在形狀和大小上。
有胎盤類的前臼齒常常有複雜的結構，而且通常從前向後愈來愈複雜。例如，第一前臼齒可以是具有2個齒根的狹冠齒，而最後一個前臼齒可以是齒冠由幾個尖組成的寬冠齒，具有3個或更多齒根。很多特化了的哺乳動物後麵的前臼齒顯得與臼齒很相似。在早期有袋類和有胎盤類中，上牙由三角形組成，並與下牙的三角座相剪切。除了上下臼齒的這種剪切動作以外，還有由上三角座的內尖咬入下臼齒三角座後部後齒座的壓碎作用。這種類型的臼齒常常被稱為三尖式、尖切式或者三楔式。三楔式臼齒組成了高等哺乳動物各種各樣臼齒演化的基礎。三楔式上下臼齒是方向相反的三角形，上臼齒上的三個尖叫做原尖、前尖和後尖，前者位於牙齒的內側，後兩個位於外側。
此外，在上臼齒主要的尖之間還有兩個中間的尖，即原小尖和後小尖。在下臼齒上，外側的尖叫做下原尖，兩個內側的尖稱為下前尖和下後尖。在下臼齒的跟座上通常也有三個尖，外麵的稱為下次尖，內方的稱為下內尖，後麵一個，也就是在盆形後部的一個，稱為下次小尖。
組成上下三楔式臼齒的主要的尖可以認為有共同的起源，這樣在所有有袋類和有胎盤類中它們都是同源的。
在許多比較進步的哺乳動物中，位於上臼齒後內角的還有個第四主尖——次尖。這個尖的出現是在各目哺乳動物進化曆史上新增添上去的；但是始終還不能確定在具有這個尖的那些哺乳動物中，次尖是不是都是同源的。在很多哺乳動物的臼齒中，還有各種不同的脊或棱，在上臼齒上的叫做脊，在下臼齒上的叫做下脊；在牙齒的邊緣還有某些小的附加的尖，在上下臼齒上，分別叫做附尖和下附尖。
在有胎盤哺乳動物中，上下臼齒之間頜的動作有4種類型，其中3種在原始哺乳動物的三楔式臼齒中已經有了。第一種，尖的交錯，上下臼齒上這些尖互相咀咬，以擒住和撕碎食物。例如下原尖與上齒外側的前尖和後尖交咬，而原尖與下齒內側的下前尖和下後尖交咬。第二種，齒邊緣或棱脊彼此剪切，以切碎食物。在三楔式臼齒中，上臼齒三角座的前後緣切過下三角座的前後緣。第三種，牙齒一定部分互相對壓，以壓碎食物。原尖咬入下後齒座的盆中便是這樣的作用。第四種，相對齒麵像磨粉機一樣互相研磨，以磨碎食物。在許多特化的哺乳動物擴展的臼齒齒冠上可以看到這種作用。
最古老的有胎盤類哺乳動物
最古老的有胎盤類哺乳動物出現在中生代的白堊紀，大概是從原始哺乳動物古獸類中分化出來的，叫做食蟲類。
食蟲類是一種小型的哺乳動物，身體外麵有柔毛或硬刺，外形像小老鼠，通常靠吃蟲類生活，所以叫食蟲類。
從化石材料看，古食蟲類有一個小而結構原始的腦子，頭骨低，牙齒尖銳，分化不明顯，犬齒比較大，呈穿刺狀。蒙古發現過白堊紀非常原始的食蟲類化石叫重褶齒蝟。中國發現過的食蟲類化石有內蒙古古新統的肉齒蝟、河北唐山更新統下部的渤海鼩、北京周口店更新統中部的中國水鼩等。最近在美國的亞利桑那州也發現了白堊紀的食蟲類化石。
古食蟲類原始但是沒有特化，因此具有廣闊的發展前途。
食蟲類現在還有它的後代，但是它們都已經特化，隻適應某種局部的生態環境，如地下、水裏或樹上。常見的有鼴鼠、刺蝟、鼢鼱等。它們是目前世界上最小的哺乳動物。除了澳洲和南美洲，世界上其他地區都有它們的蹤跡。
在今天，食蟲類對於我們人類來說，幾乎是無足輕重的。但是，在哺乳動物的進化史上，食蟲類卻占據了一個十分重要的位置。極大部分哺乳動物，包括我們人類在內，都是從食蟲類分化發展出來的。它是有胎盤類哺乳動物輻射進化的中心。
有胎盤類動物的進化
從中生代末期到新生代演化出來的有胎盤類哺乳動物一共有28個目，其中有12個目已經滅絕，現存的還有16個目。
這許多枝係的哺乳動物，雖然都是直接或間接從原始有胎盤類起源的，由於是適應不同環境條件輻射進化產生的，以致很難把它們歸並成若幹個比較大的類群，更不用說把它們畫成枝幹分明的譜係樹了。