Ornitorenk tam bir evrimsel muamma çünkü bir monotrem; yani memeli soy ağacından acayip erken bir dönemde, keseli memeliler ve biz plasentalı memeliler daha ortada yokken ayrılmış bir dal. Yaklaşık 166 milyon yıl önceki bu ayrışma, onun yumurtlamak (oviparite) ve kuşlardakine benzer bir interklavikula kemiğine sahip olmak gibi "sürüngenimsi" ya da "kuşumsu" görünen bazı ciddi anlamda arkaik özellikleri korumasını sağlamış. Aynı zamanda, yarı sucul yaşam alanına (nişine) uyum sağlamak için, bentik makroomurgasızları tespit etmesini sağlayan elektroreseptif gagası gibi epey özelleşmiş bazı türemiş karakterleri de bağımsız olarak evrimleştirmiş. Genetik olarak, karyotipi da tam bir karışım; tipik memeli XY sisteminin aksine, erkeklerde 5 X ve 5 Y, dişilerde ise 10 X kromozomu gibi çoklu eşey kromozomlarına sahip. Genomu ise memeliler, kuşlar ve sürüngenlerle ortak genler taşıyan büyüleyici bir mozaik gibi; bu da onun erken memeli evriminin önemli otapomorfik değişimler geçirmiş bir kalıntısı olarak benzersiz filogenetik konumunu yansıtıyor.