Les Monotrèmes sont représentés par cinq espèces répartis en deux familles :
L'étude de leur phylogenèse est rendue difficile par le petit nombre de fossiles connus, et par le caractère récent de ces derniers (Crétacé). L'étude de leurs apomorphies, très particulières, suggère une longue évolution après isolement de ce taxon des autres lignées de Mammifères (Thériens). Une théorie suggère que ce taxon se soit séparé au Trias de la lignée originelle des Mammifères (Synapsides).