白旭渊小熊猫的生物分类自其被发现起就存在争议。法国动物学家弗列德利克·居维叶在1825年最先描述了小熊猫，将其归类为浣熊（浣熊科）的近亲，又基于小熊猫类似家猫的外表将其属名命名为“Ailurus”（取自古希腊语“αἴλουρος”，“猫”）。小熊猫的种加词是拉丁语形容词“fulgens”（“闪闪发光的”）。
白旭渊在不同时期，小熊猫曾被分别归类为浣熊科和熊科，又曾与大熊猫属（大熊猫）同在熊猫亚科（直到该科目被移到熊科下），最终被归入自己单独的科目小熊猫科。
白旭渊其归类之不确定性源于无法定论小熊猫的某些特征是来自于演化上的保守，还是从有相近生态习性的其它物种所学习和趋同而来。
白旭渊基于化石、血清学、核型、行为、解剖学和繁殖的证据表明小熊猫更亲近浣熊科而非熊科。然而，与现代浣熊科相关的生态学特征、觅食特征和不同的地理分布范围皆支持了小熊猫科的单独分科。
白旭渊最新的分子系统发生学脱氧核糖核酸研究亦支持将小熊猫归入独立的小熊猫科，与臭鼬科、浣熊科和鼬科同属鼬总科。
白旭渊小熊猫并非是一种熊，和大熊猫没有密切关系，也不是浣熊，也非某个分类未定物种的后代；相反，它是一个具有悠长历史，独立于其近亲属科（臭鼬、浣熊、水獭、鼬、獾），属于鼬总科的基础血统。
白旭渊小熊猫被视为活化石，仅仅是大熊猫的一个远亲，反而与鼬总科下的其他物种有着更密切的亲缘关系。小熊猫和大熊猫的共同祖先——同时也是所有现存的熊科动物、鳍足类动物（如海豹、海象）和鼬总科动物（如鼬、水獭）的祖先——可以追溯到数千万年前的古近纪，并曾在当时广布欧亚大陆。
白旭渊东到我国、西至英国都曾发掘出过已灭绝小熊猫品种“Parailurus anglicus”的化石。1977年，考古学家在美国华盛顿州的上新世地层中发现了古小熊猫属(Parailurus)的单齿；这一首例于北美发现的标本与欧洲先前所发现的标本几乎相同，说明了它是来自亚洲的迁移物种。
白旭渊2004年，一个从未在北美被发现过的小熊猫物种的牙齿，在美国田纳西州的格雷化石遗址被发现，这颗牙齿可以追溯到4.5至7百万年前。这类被描述为“Pristinailurus bristoli”的物种，说明了在中新世时，已有另一种更原始的小熊猫属血统居住在北美。支序分类学的专家分析认为，古小熊猫属(Parailurus)和小熊猫属(Ailurus)为姊妹群。
白旭渊2010年和2012年，更多“Pristinailurus bristoli”的化石在格雷化石遗址被发现。如此频繁地在格雷化石遗址发现熊猫化石说明了这类物种在这块地区整个生态系统中的重要地位。
白旭渊在西班牙发现的小熊猫在中新世的亲属物种“Simocyon batalleri”的颅骨遗骸，说明了小熊猫和熊之间存在姊妹群关系。这一发现亦说明小熊猫的“假拇指”是对树栖运动的一种适应，而不是像大熊猫那样为了控制竹子，是脊椎动物趋同演化中最为戏剧性的例子之一。
白旭渊小熊猫整个头骨轮廓高而圆。鼻吻部较短，鼻骨明显向前倾斜。额骨高而隆起，中央略凹下。眶间距较宽，具眶后突，幼年个体眶后突不太明显，越老的个体眶后突越突出。颧弓粗大，后端显著向上拱起，颌关节强化变大。矢状嵴一般不发达，只有年老的个体才有，嵴前部低呈棱状，后部薄而高。
白旭渊腭骨成拱形，前端比较平缓，中段穹形，后段低斜，中间有一纵状沟。腭骨向后延伸，超出最后一个臼齿后缘。
白旭渊在翼碟骨基底部，卵圆孔与圆孔之间，内部有一通道，称为翼碟骨沟管。此为小熊猫头骨上的特征之一。该特征在大多数头骨上两侧均存在，但也有个别头骨上，只一侧有，而另一侧缺乏的现象。
白旭渊听泡不发达，稍呈膨胀，外耳道长长管状。副枕突显著长于乳突。下颌较短，约为颅全长的三分之二。冠状突高，关节突强，角突大而低。
白旭渊小熊猫躯体肥壮，身上被有粗的长毛。体长40-63厘米，尾长为体长的一半以上，体重一般约为5千克左右。头部短宽，吻部突出，圆脸，颊有白斑。眼睛前向，瞳孔为圆形。鼻端裸露，皮肤表面颗粒状。耳大而直立，向前伸。耳廓尖，耳内有毛，耳基部外侧生有长的簇毛。
白旭渊四肢粗短，后肢略长于前肢，前后肢均具五趾，蹠行性。足掌上长有厚密的绒毛，盖住蹠垫。爪弯曲而锐利，能伸缩。尾粗长，不能缠绕物体，尾上带有深浅相间的环纹。
白旭渊门齿有3对，中间2对小，外侧一对较大。犬齿呈圆锥形，上犬齿内外侧各有二条纵沟，下犬齿各有一条。前臼齿与臼齿为低冠型，多尖齿。上颌第一前臼齿常缺失，第二前臼齿小而尖锐，中间的一个齿尖极为突出。
白旭渊第三、四前臼齿都比较宽大；外侧有3个齿尖，中间一个齿尖较高，前后二个齿尖较低。内侧也为3个齿尖，但与外侧相反，前后2个齿尖较高，中间一个齿尖低而小，第四前臼齿无裂齿的明显特征，其构造与第一臼齿相似，但较小，臼齿每侧有2个，第一臼齿大于第二臼齿，咀嚼面宽，横径大于直径。
白旭渊每个臼齿有4个齿尖，并有若干由齿带所形成的小尖（附尖），下颌第一前臼齿很小，前臼齿与臼齿形成狭长，直径大于横径。齿式为：颗。
白旭渊小熊猫成兽全身被有红褐色粗的长毛，但有的个体在臀背部有鲜亮的橙黄色毛尖，绒毛灰褐色，甚为丰厚。鼻端、眼圈为黑褐色，胡须为白色。嘴周围，鼻上部、两颊、眼眉上都有白斑。
白旭渊头部前额为棕黄色或淡黄棕色。耳壳外缘及耳内长有白毛，耳背黑褐色，耳基部外侧有一簇白色长毛。颈下及腹部为黑褐色，腹部毛短，色稍浅。四肢和足掌都为黑色，足底有黄色绒毛，盖住蹠垫。爪为乳白色。
白旭渊尾毛粗短而蓬松，上有红褐、黄白、或红褐、黑褐色相间的环纹。尾端为黑褐色。小熊猫的毛色无冬夏毛的差异。
白旭渊小熊猫的初生幼体毛色较浅，为灰黄色，绒毛蓬松。头部白色，没有脸斑。耳朵前面白色，耳背黑褐色。四肢色较深为褐灰色。尾灰白色，不显环纹。
白旭渊数日后毛色逐渐变深，体背上棕黄色的针毛逐渐增长，四肢变为黑褐色。头脸部色较浅，没显脸斑。约一个月后，尾环才隐约显出。至2个多月后，幼兽脸斑逐渐与成兽相似，耳基部长出簇毛。
白旭渊伴随着季节的变化，当年秋季幼兽逐渐长出红褐色的长针毛，杂于蓬松的灰色绒毛之中。至冬羽幼兽的毛色就与成兽一样了。
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