Les monotrèmes (Monotremata) constituent un ordre animal défini par Charles-Lucien Bonaparte en 1838, regroupant des espèces caractérisées par le fait d'être à la fois ovipares et mammifères : ils pondent des œufs mais allaitent leurs petits.
Comme les autres mammifères, les monotrèmes ont des poils, allaitent leurs petits et ont un cœur à quatre compartiments ; la mandibule est formée d'un seul os, et il y a trois osselets dans l'oreille. Cependant ils pondent des œufs et possèdent une ceinture scapulaire à quatre os, comme les reptiles. Ils ont comme les reptiles un cloaque, c’est-à-dire un unique orifice pour uriner, déféquer et se reproduire, comme les lézards et les oiseaux (monotrème signifie « un seul trou »).
On distingue deux familles de monotrèmes : les tachyglossidés, représentés par les échidnés (quatre espèces), et les ornithorynchidés, comprenant le seul ornithorynque.
vignette|Exemple d'échidné : Tachyglossus aculeatus.
Les monotrèmes ont un museau développé recouvert d'un étui de corne qui, malgré la ressemblance, est différent par sa constitution du bec des oiseaux. Les mâles possèdent de plus un éperon corné, situé à l'articulation entre tarse et métatarse, aux membres postérieurs. Cet éperon est beaucoup plus développé chez l'ornithorynque que chez l'échidné. Dans les deux cas, il est creux et relié à une glande acineuse, produisant une substance toxique à propriétés coagulantes. Le venin de l'ornithorynque provoque de vives douleurs, des œdèmes et parfois une paralysie. Il n'est pas mortel pour l'homme, mais il l'est pour les petits animaux domestiques (chiens, chats...).
À l'âge adulte, les monotrèmes sont dépourvus de dents (dans le cas de l'ornithorynque, il s'agit d'une perte secondaire : ils naissent avec quelques dents maxillaires qui disparaîtront par dégénérescence au cours du premier mois de leur existence). Les ornithorynques déchiquètent leurs proies avec des plaques cornées garnies de lamelles qui remplacent les dents. Chez les échidnés, quelques formations cornées situées à la base de la langue assurent ce rôle.