Los monotremas (Monotremata) son el único orden de mamíferos incluido dentro de la subclase Prototheria. Se caracterizan por lo primitivo de sus rasgos principales, por ejemplo los órganos sexuales, la desembocadura del tubo digestivo y el aparato excretor desembocan en un en un solo orificio llamado cloaca (la palabra monotrema en latín significa un orificio).
Son los únicos mamíferos ovíparos . Las glándulas mamarias son tubulares y muy semejantes a las sudoríparas.
Las extremidades son cortas y en algunas especies acaban en dedos con garras y unidos por una membrana interdigital.
Tienen dientes, aunque éstos, a medida que se va desarrollando el animal, llegan a atrofiarse. El macho suele llevar un espolón acompañado de una glándula venenosa.
Su regulación de temperatura corporal homeotérmica es mucho más imperfecta que en los demás mamíferos actuales, manteniendose variable acorde con la temperatura externa de su hábitat entre los 28° y 32° C, fuera de este rango la temperatura se les descompensa.
Otra característica muy singular es que sus hemisferios cerebrales no están unidos por un cuerpo calloso.
En la actualidad existen solo dos subordenes y familias de monotremas, el de los ornitorrincos (Ornithorhynchidae) y el de los taquiglósidos (Tachyglossidae) poseyendo los segundos ("equidnas") un esbozo de marsupio al final de la cloaca.
Los animales de este grupo se encuentran distribuidos por Australia, Tasmania y Nueva Guinea. Ejemplos representativos son el equidna y el ornitorrinco.