Головний мозок ссавців складається з тих же відділів, що і у інших хребетних. Однак великі півкулі переднього мозку мають більш складну будову. Зовнішній шар великих півкуль складається з нервових клітин, що утворюють кору мозку. У багатьох ссавців, в тому числі і у собаки, кора великих півкуль настільки збільшена, що не лежить рівним шаром, а утворює складки - звивини. Чим більше нервових клітин в корі мозку, тим більше вона розвинена, тим більше в ній звивин. Якщо у піддослідного собаки видалена кора великих півкуль, то у тварини зберігаються вроджені інстинкти, але умовні рефлекси вже ніколи не утворюються.

Малюнок: Головний мозок собаки

Мозочок добре розвинений і на кшталт великих півкулях, має багато звивин. Розвиток мозочка пов'язано з координацією складних рухів ссавців.

У ссавців розвинені нюх, слух, зір, дотик і смак, проте ступінь розвитку кожного з цих почуттів у різних видів неоднакова і залежить від способу життя і місця існування. Так, у крота, що живе в повній темряві підземних ходів, недорозвинені очі. Дельфіни і кити майже не розрізняють запахів. Більшість наземних ссавців мають дуже тонким нюхом. Хижакам, в тому числі і собаці, воно допомагає знаходити по сліду видобуток; травоїдні на великій відстані можуть відчути підкрадається ворога; тварини по запаху виявляють один одного. Слух у більшості ссавців теж добре розвинений. Цьому сприяють вловлюють звук вушні раковини, які у багатьох звірів рухливі. Особливо тонким слухом мають ті звірі, які активні в нічний час. Зір має для ссавців менше значення, ніж для птахів. Далеко не всі звірі розрізняють кольори. Ту ж гаму кольорів, що і людина, бачать тільки мавпи.

Малюнок: Органи дотику - чутливі волосся у кішки

Органами дотику служать особливі довгі і жорсткі волосся (так звані "вуса"). Велика їх частина розташована біля носа і очей. Наблизивши голову до досліджуваного предмету, ссавці одночасно обнюхують, розглядають і споглядають його. У мавп, як у людини, основними органами дотику служать кінчики пальців. Смак особливо розвинений у травоїдних, які завдяки цьому легко відрізняють їстівні рослини від отруйних. Поведінка ссавців не менше складно, ніж поведінка птахів. Поряд зі складними інстинктами воно багато в чому визначається вищої нервової діяльністю, заснованої на освіту протягом життя умовних рефлексів. Особливо легко і швидко умовні рефлекси виробляються у видів з добре розвиненою корою великих півкуль головного мозку.

Уже з перших днів життя дитинчата ссавців дізнаються мати. У міру зростання їх особистий досвід в спілкуванні з навколишнім середовищем безперервно збагачується. Ігри молодих тварин (боротьба, взаємне переслідування, стрибки, біг) служать їм хорошим тренуванням і сприяють виробленню індивідуальних прийомів нападу і захисту. Такі ігри характерні тільки для ссавців.

Внаслідок того що обстановка навколишнього середовища вкрай мінлива, у ссавців постійно виробляються нові умовні рефлекси, а ті, які не підкріплюються умовними подразниками, втрачаються. Ця особливість дозволяє ссавцям швидко і дуже добре пристосовуватися до умов навколишнього середовища.