Les marsupiaux ont été caractérisés par leur denture qui est, lorsqu'elle est complète I 5/5, C 1/4, PM 4/4, M 4/4.
Chez les mâles, le pénis est généralement internisé dans le cloaque en dehors de la période de reproduction. Il est généralement bifide.
Les femelles des marsupiaux ont deux ovaires, deux trompes de Fallope et deux utérus ayant une ouverture dans deux vagins séparés par une simple cloison dans leur partie antérieure qui débouche dans le sinus uro-génital. Le placenta n'est guère développé, alors qu'il est important chez tous les autres mammifères, à l'exception des monotrèmes.
Le conduit génital se forme à partir d'une ouverture qui se développe dans le tissu conjonctif entre les deux utérus. Les petits naissent dans un état de développement très incomplet, 2 à 5 semaines après leur conception.
Immédiatement après la naissance, ils migrent vers la poche abdominale de la mère, le Marsupium, chez les espèces qui possèdent des poches, pour s'ancrer à une mamelle. Celle-ci se dilate ensuite pour maintenir le petit en place. Ils restent ainsi attachés à une mamelle jusqu'à ce qu'ils soient assez grands pour chercher leur nourriture par eux-mêmes.
Dans un grand nombre de classifications marsupiaux et méthathériens sont synonymes, mais certaines identifient les Metatheria à toutes les espèces de Marsupialia et à certaines espèces préhistoriques plus éloignées phylogénétiquement. Cela a été le cas pour la classification de Huxley en 1880. La position du taxon est aussi variable selon les auteurs. Par exemple Marsupialia est une cohorte, un ordre ou un autre taxon.
Les marsupiaux sont généralement rangés en 7 ordres vivants et 2 éteints :
Les marsupiaux semblent avoir émergé pendant le Crétacé dans l'hémisphère nord, comme le laisse penser la découverte d'un fossile de Kokopellia vieux de 100 Ma et trouvé en Utah. La première preuve de la présence de marsupiaux en Australie date de 55 Ma, c'est-à-dire après l'extinction du Crétacé.[réf. souhaitée]
Les marsupiaux forment avec les placentaires la sous-classe des thériens. La classe des thériens forme, avec les protothériens (ornithorynque et plusieurs espèces d' échidnés), la classe des mammifères, taxon considéré comme monophylétique (toutes espèces issues d'un ancêtre commun).