C'est un animal nocturne et farouche, presque insaisissable. D'aspect mi-reptile mi-mammifère, l'ornithorynque est longtemps passé pour une chimère. Aujourd'hui, les scientifiques voient en lui un des animaux les mieux adaptés aux conditions de vie du continent australien[citation nécessaire].

L'ornithorynque a un poids très variable allant de 0,7 à 2,4 kilogrammes, les mâles étant habituellement d'1/3 plus gros que les femelles. La taille totale, entre 40 et 50 centimètres en moyenne, varie considérablement d'une région à l'autre, sans qu'elle soit liée au climat. La queue mesure 12 cm et la mâchoire 6 cm.
Tête d'un ornithorynque

Il ressemble à un castor par son pelage : le corps et la queue, larges et plats, sont couverts d'une fourrure marron qui emprisonne entre ses poils de l'air afin d'isoler l'animal du froid[3],[6], sa queue stocke des réserves de graisse comme chez le diable de Tasmanie et certains moutons. Comme les canards, il est pourvu de pieds palmés surtout au niveau des pattes antérieures, avec une palmure dépassant les doigts qu'il utilise pour nager ou pour se déplacer sur des sols vaseux. Il peut partiellement replier sa palmure lorsqu'il se déplace sur sol sec ou qu'il doit utiliser ses griffes puissantes pour grimper sur les berges ou creuser sa tanière. Il est également pourvu d'un grande mâchoire cornée lui ayant donné son surnom anglais « duck-billed platypus » (« pied plat à bec de canard »). Cette mâchoire, gris-bleue, est surtout un organe sensoriel remontant sur le front, l'ouverture de la bouche se trouvant sur sa face inférieure ; les narines s'ouvrent à l'avant de la face supérieure, tandis que les yeux et les oreilles sont situés dans une rainure placée juste en arrière du bec. Cette rainure se referme lorsque l'animal nage, ce qui le rend sourd et aveugle dans l'eau[6]. La cavité buccale est prolongée latéralement par des abajoues qui lui servent à stocker sa nourriture lorsqu'il chasse sous l'eau. La langue, charnue, a un