สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (Mammalians) เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีวิวัฒนาการสูงที่สุดในบรรดาสิ่งมีชีวิต ลักษณะเด่นคือ มีต่อมน้ำนม สำหรับผลิตนมใช้เลี้ยงลูกในระยะแรกเกิด มีสมองขนาดใหญ่จึงมีความเฉลียวฉลาดมากกว่าสัตว์กลุ่มอื่น ๆ เป็นสัตว์เลือดอุ่นสามารถ ปรับอุณหภูมิของร่างกายให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมได้ดี และมีขนขึ้นที่ผิวหนังปกคลุมร่างกาย เพื่อช่วยในการรักษาอุณหภูมิให้ร่างกาย เพื่อช่วยในการรักษาอุณหภูมิให้ร่างกาย แต่บางชนิดเช่น ตัวลิ่นมีขนขึ้นใต้เกล็ดแข็งที่หุ้มตัว ต้นกำเนิดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เกิดใน ยุค triassic เมื่อประมาณ 215 ล้านปี ซึ่งมีวิวัฒนาการมาจากสัตว์เลื้อยคลานที่เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด ซึ่งหลังจากที่ยุคไดโนเสาร์เริ่ม สูญพันธุ์เมื่อ 65 ล้านปีที่แล้ว
สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งกระจายอยู่ทั่วโลกมีอยู่ประมาณ 4,000 กว่าชนิด 17 อันดับ ที่พบในเมืองไทยมี 14 อันดับ เป็นสัตว์ทะเล 2 อันดับ และสัตว์บก 12 อันดับ การจัดจำแนกอาศัยลักษณะของกระโหลก ฟัน เครื่องปกคลุมร่างกาย เขา เล็บ และกรงเล็บ มือและเท้า สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่พบส่วนใหญ่ในพื้นที่อุทยานฯ เป็นสัตว์ป่าจึงพบได้ไม่บ่อยนักยกเว้น ลิงแสม นาก พังพอน และกระรอก ที่พบทั่วไป ตามป่าชายเลนและป่าชายหาด ส่วนสัตว์ป่าที่พบเห็นในเวลากลางคืนมักเป็นสัตว์เล็ก เช่น ชะมด อีเห็น และนางอาย เป็นต้น
สำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยในทะเล มี 2 อันดับ คือ กลุ่มของพะยูน order Sirenia ซึ่งมีอยู่เพียง 4 ชนิด และ กลุ่มของโลมา และ วาฬ order Cetacea มีอยู่ประมาณ 84 ชนิด สำหรับพะยูน ซึ่งอยู่ในสกุล Dugong มีเพียงชนิดเดียวคือ Dugong dugon มีการแพร่กระจายเฉพาะในเขตอินโด-แปซิฟิก จากออสเตรเลียถึงอินเดีย ส่วนอีก 3 ชนิดเป็นพวก manatees มีการแพร่ กระจายอยู่ในแอฟริกา ยุโรป และอเมริกา ไม่พบในประเทศไทย
พะยูนเป็นสัตว์ที่ใกล้สูญพันธุ์ ในประเทศไทยพบพะยูนฝูงใหญ่ประมาณ 50-60 ตัวในเขตอุทยานแห่งชาติหาดเจ้าไหม จังหวัดตรัง ส่วน บริเวณอื่น ๆ จะพบเพียง 2-3 ตัว เท่านั้น เนื่องจากหญ้าทะเลเป็นอาหารหลักเพียงชนิดเดียวของพะยูน ดังนั้นจะพบพะยูนได้ในเฉพาะ ที่มีแหล่งหญ้าทะเลขนาดใหญ่เท่านั้น สำหรับในบริเวณชายฝั่งสถานีวิจัยทรัพยากรชายฝั่งระนองได้พบพะยูนในแหล่งหญ้าทะเล ทุ่งนางดำ จังหวัดพังงาในปี พ.ศ. 2540 และ 2542 ในขณะทำการสำรวจแหล่งหญ้าทะเลในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด และในเดือนพฤษภาคม 2542 มีรายงานจากชาวประมงพบพะยูน 2 ตัวว่ายใกล้เกาะหนุ่ยห่างจากสถานีฯ ประมาณ 2 กิโลเมตร และจากสถิติการพบพะยูนใน พื้นที่จังหวัดระนองตั้งแต่ปี พ.ศ. 2536 เป็นต้นมา พบลูกพะยูน 1 ตัวว่ายน้ำบริเวณกระชังเลี้ยงปลาในเขตตำบลนาคา ในเดือน พฤศจิกายน 2538 พบพะยูนติดโพงพางตาย บริเวณหาดทรายดำ อำเภอเมือง ในเดือนมีนาคม 2539 พบพะยูนลอยตามบริเวณ หมู่เกาะดำ ซึ่งเป็นพะยูนเพศเมียมีขนาดยาวกว่า 2 เมตร จากการศึกษาอายุโดยคำนวณจากฟัน น่าจะมีอายุไม่ต่ำกว่า 37 ปี จาก ข้อมูลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าในพื้นที่ชายฝั่งระนองยังคงมีพะยูนอาศัยอยู่บ้างเนื่องจากยังคงมีแหล่งหญ้าทะเลตามเกาะและชายฝั่ง ในพื้นที่จังหวัดระนอง ดังนั้นจึงควรช่วยกันอนุรักษ์แหล่งหญ้าทะเล เพื่อให้เป็นแหล่งอาหารของพะยูนต่อไป
กลุ่มโลมาและวาฬในพื้นที่ชายฝั่งพบโลมาอย่างน้อย 3 ชนิด ได้แก่ โลมาปากขวด bottle-nose dolphin : Tursiops aduncus (Ehrenberg, 1832) โลมากระโดด spinner dolphin : Stenella longirostris (Gray, 1828) และโลมาหัวบาตรหลังเรียบ finless porpoise : Neophocaena phocaenoides (Cuvier, 1829) ว่ายน้ำหากิน อยู่ตาม ชายฝั่งและตามเกาะต่าง ๆ โดยเฉพาะในช่วงเดือนธันวาคมถึงเดือนพฤษภาคม จะพบโลมามากจากการติดตามข้อมูลเกี่ยวกับโลมา ในพื้นที่สถานีฯ ในปี พ.ศ. 2538 พบโลมาหัวบาตร 1 ตัว ติดอวนตาย 1 ตัว และในปี พ.ศ. 2541 พบโลมากระโดด 1 ตัว ถูกคลื่นพัด เข้าเกยหาดทราย และตายภายหลังจากนำมาพักในสถานีฯ สำหรับวาฬที่พบบริเวณชายฝั่งระนอง เนื่องจากชายฝั่งค่อนข้างตื้นจึงพบ วาฬเข้ามาในบริเวณชายฝั่งไม่บ่อยนัก ยกเว้นในปี
พ.ศ. 2541 ช่วงเดือนเมษายน มีรายงานว่ามีวาฬเข้ามาอยู่ชายฝั่งประมาณ 2-3 วัน ในบริเวณเกาะกำและเกาะค้างคาวและในปี พ.ศ. 2542 ช่วงเดือนมิถุนายนชาวประมงพบวาฬว่ายอยู่ใกล้หมู่เกาะกำ