Es el único representante vivo de la familia Ornithorhynchidae y del género Ornithorhynchus.

Hasta principios del siglo XX se cazaba por su piel, pero actualmente está protegido en todo su ámbito de distribución.

[11]​ A la vista de tan extraño animal, los científicos británicos creyeron encontrarse ante un fraude.

Cuando se desplaza por tierra pliega dicha membrana hacia atrás, dejando expuestas sus fuertes uñas.

Los orificios nasales están situados en la superficie dorsal del hocico, mientras que los ojos y las orejas se encuentran en un surco situado justo detrás del hocico; este surco se cierra cuando el animal nada.

Estas diferencias no parecen seguir ninguna regla climática concreta y podría deberse a otros factores ambientales como los predadores o la presencia de humanos.

[26]​[27]​ Las crías tienen molares tricúspides que pierden antes o justo después de dejar la madriguera donde han nacido;[28]​[29]​ los adultos, en cambio, tienen en su lugar fuertes placas queratinosas.

[15]​ Como en todos los mamíferos verdaderos, los pequeños huesos que conducen el sonido al oído medio están plenamente incorporados al cráneo, en lugar de estar en la mandíbula, como en los cinodontes y otros sinápsidos premamíferos.

Sin embargo, la abertura externa del oído todavía permanece en la base de la mandíbula.

[15]​ El ornitorrinco tiene siete vértebras cervicales, el número habitual en los mamíferos, sin embargo cuenta con huesos adicionales en la cintura escapular, incluida una interclavícula, que no se encuentra en otros mamíferos, y muestra algunos rasgos reptilianos en su esqueleto.

[30]​ Aunque tanto los machos como las hembras nacen con espolones en el tobillo, solo los del macho liberan veneno,[15]​[31]​[32]​ compuesto principalmente por proteínas similares a defensinas (DLP), tres de las cuales son únicas en el ornitorrinco.

A pesar de que el veneno es lo suficientemente potente como para matar animales pequeños, o incluso perros, no es letal para los humanos, aunque tras una picadura pronto aparece un edema alrededor de la herida que se extiende gradualmente por el miembro afectado y causa un dolor tan intenso que ni siquiera puede ser calmado con morfina.

[15]​ El veneno parece tener una función diferente a la del producido por especies no mamíferas; sus efectos no suelen ser letales, pero son lo bastante potentes como para debilitar seriamente a la víctima.

[34]​ Las presas generarían minúsculas corrientes eléctricas con sus contracciones musculares que podrían ser detectados por sus sensibles electrorreceptores.

[15]​ Entre sus predadores naturales se encuentran las serpientes, la rata de agua australiana (Hydromys chrysogaster), varanos, halcones, búhos y águilas.

Utiliza unos sacos maxilares para almacenar su alimento junto con piedras de pequeño tamaño que le ayudan a triturarlo.

[50]​ Cuando los europeos descubrieron al ornitorrinco, los científicos estaban divididos sobre la cuestión de si la hembra ponía huevos.

[15]​[31]​ Consciente del elevado precio de enviar un telegrama al Reino Unido basado en el coste por palabra, Caldwell envió un célebre y lacónico mensaje a Londres: «Monotremes oviparous, ovum meroblastic» (Monotremas ovíparos, huevo meroblástico).

[57]​ El macho no desarrolla ningún papel en la cría de la descendencia, y se retira a su madriguera.

[59]​ Durante la segunda se desarrollan los dedos, y en la última aparece el «diente de huevo».

[61]​ Transcurridas unas cinco semanas, la madre empieza a pasar más tiempo separada de las crías y, cuando tienen unos cuatro meses, abandonan la madriguera.

[45]​ Los ornitorrincos nacen con dientes, pero se les caen a una edad muy temprana, dejando unas placas córneas con las que muelen la comida.

[62]​ El ornitorrinco y el resto de monotremados eran muy poco conocidos, y algunos de los mitos del siglo XIX que se inventaron respecto a ellos (por ejemplo que eran «inferiores» o casi reptilianos) todavía perduran.

Los monotremas extintos (Teinolophos y Steropodon) estaban estrechamente relacionados con el ornitorrinco moderno.

Monotrematum sudamericanum, otro pariente extinto del ornitorrinco fue descubierto en Argentina, lo que indica que los monotremas estaban presentes en el supercontinente de Gondwana cuando los continentes de Sudamérica y Australia estaban unidos vía la Antártida.

[72]​ La Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza lo lista como especie casi amenazada en su Lista Roja,[1]​ aunque algunos investigadores consideran que debería ser clasificada como «potencialmente vulnerable» debido a su dependencia de ambientes acuáticos amenazados por las sequías, el cambio climático y la degradación a causa de las actividades humanas.

La enfermedad (denominada «mucormicosis») solo afecta a los ornitorrincos de Tasmania, y no ha sido observada en el resto del continente australiano.

Los animales afectados pueden desarrollar desagradables lesiones cutáneas o úlceras en varias partes del cuerpo, como la espalda, la cola y las patas.

[75]​ Healesville volvió a tener éxito en 1998 y de nuevo en 1999 con un tanque con un riachuelo similar al montado en los años 1940.

[77]​ Según científicos de la Universidad Deakin en Australia, los ornitorrincos pueden ser útiles para la medicina humana debido a que su leche contiene una proteína antibacteriana que podría desarrollar antibióticos resistentes a las superbacterias.