สาเหตุหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังเอกลักษณ์ทางสรีรวิทยาของตุ่นปากเป็ดมาจากประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของตุ่นปากเป็ดแบบโมโนทรีม Monotremes เป็นกลุ่มของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ยังหลงเหลืออยู่ 5 ชนิดที่วางไข่และมีส่วนปากที่เชี่ยวชาญเป็นพิเศษ พวกมันประกอบกันเป็นสาขาวิวัฒนาการแยกจากสัตว์มีกระเป๋าหน้าท้อง (เช่น จิงโจ้ โคอาล่า และวอมแบท) และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในรก แม้ว่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกัน แต่โมโนทรีมก็แยกตัวออกจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่นเมื่อประมาณ 166 ล้านปีก่อน สัตว์เลี้ยง ซึ่งเร็วกว่าที่ทั้งสัตว์มีกระเป๋าหน้าท้องและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรกจะถือกำเนิดขึ้นในสายเลือดวิวัฒนาการของพวกมันเอง ด้วยเหตุนี้ monotremes เช่นตุ่นปากเป็ดจึงมักแสดงลักษณะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมยุคแรก ๆ ที่คล้ายคลึงกับสรีรวิทยาของสัตว์เลื้อยคลาน และสะท้อนถึงต้นกำเนิดวิวัฒนาการทั่วไปของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมดในสัตว์เลื้อยคลาน คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงอุณหภูมิร่างกายที่ต่ำลงของตุ่นปากเป็ดและการขาดจุกนม