Los murciélagos son mamíferos: nacen de una madre que los gesta en su útero, se alimentan de la leche que ella produce, tienen el cuerpo cubierto de pelo y un metabolismo endotérmico (de "sangre caliente"), que les permite mantener su temperatura corporal sin depender de la del ambiente. Dentro de los mamíferos, pertenecen al superorden Laurasiatheria, que los emparenta con los cetáceos (ballenas y delfines), los carnívoros (como perros, gatos y osos), los ungulados (caballos, vacas, rinocerontes, cerdos) y los pangolines.
En contraste con otros mamíferos, los murciélagos pueden volar, usando sus brazos como alas. Pero, a diferencia de las aves, no tienen plumas: su ala está formada por una piel muy delgada llamada patagio, que recubre la mano y la conecta con el brazo, el cuerpo y las piernas. Por eso los científicos los llaman quirópteros, del latín Chiroptera, que significa "mano alada". En español, en cambio, el nombre "murciélago" viene de la expresión latina mus caecus, "ratón ciego".