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翼手目是兽类中古老而十分特化的一支。早在古新世时期，在一类树栖的食虫目动物中发展出一支能适应于飞翔的兽类，即早期的翼手目动物。这些原始种类化石的牙齿构造非常像食虫目动物，如果没有同时发现它们能飞翔的前肢和其他骨骼，要分辨出它们是食虫目动物还是翼手目动物就比较困难。
翼手目动物能持久飞行。前肢特化成翼，掌骨和指骨除第一指外，均特别延长；前后肢与体侧张有弹性的飞膜，后肢扭转，膝向背侧；第一指不包在翼膜内，很短，该指的爪和后足各趾的爪都很发达，呈钩状，便于将身体倒挂着休息。耳廊相当大，许多种类有发达的耳屏；大多数种类有长尾，完全或部分地包被于股间膜之间，这些游离膜以起自跟部的软骨或骨质距所支持；许多种类沿距的基部有延展的小片皮膜称距缘膜。乳头有1对，位于腹部。
它们的头骨愈合程度很高，轻而坚固，吻部较短，听泡特别膨大，颌间骨通常发育不良甚或缺失。牙齿属于异型齿，比典型的原始兽类缺少第一对门齿及第一对前臼齿，下门齿非常弱小，犬齿（特别是上颌的）较大，为典型的肉食型牙
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