Ornitorenk’in vücut sıcaklığı, Eutheria (plasentalılar – placentalia) sınıfındaki diğer memelilerde olduğu gibi 38 °C yerine 31 °C-32 °C arasındadır. Bunun ne kadarının monotremlerin bir özelliği olduğu, ne kadarının ise sert koşullar altında yaşayan türün uyum sağlaması sonucu olduğu belirgin değildir.

Ornitorenk’in vücudu ile geniş ve düz kuyruğu, yalıtılmış havayı hapsederek hayvanı sıcak tutan bir kürk ile kaplıdır. Tazmanya şeytanı gibi ornitorenk de kuyruğunu yağ depolomakta kullanır. Alışılmış bir memelidense ördeğe benzeyen geniş gagası ve perdeli ayakları vardır. Burnu, kuşların gagasında olduğu gibi yukarı ve aşağı parçaları ayrılarak ağzını ortaya çıkaracak bir şekilde açılmaz. Ornitorenk’in gagası alt tarafında açıklık olan bir duyu organıdır.

Ağırlığı 700 g ile 2,4 kg arasında değişir. Dişisi erkeğe göre daha ufaktır. Erkekler ortalama 50 cm, dişiler ise 46 cm boyundadır. Kuyruk uzunluğu erkeklerde 10-15 cm, dişilerde ise 8-13 cm arasındadır. Ortalamalar bölgelere göre değişir ama iklimin etkisi saptanamamıştır.

Modern ornitorenk yavruları memelilerin en büyük özelliklerinden biri olan üç uçlu azıdişlerine sahiptir. Bunları üreme yuvasını terketmeden ya da terkettikten hemen sonra kaybederler; erişkinlerde bunların yerinde ağır keratinize pedler vardır. Ornitorenk’in çenesi diğer memelilerden farklıdır ve çene kasları diğer memelilerde olduğundan farklı çalışır.Orta kulakta sesi ileten küçük kemikler ve memeli-öncesi diğer sinapsidlerdeki gibi çenenin yanında değil, tüm gerçek memelilerde olduğu gibi kafatasının içindedir. Ornitorenk, omuz çevresinde, bir ara köprücükkemiği dahil olmak üzere diğer memelilerde olmayan kemiklere sahiptir. Vücudunun altında değil yanında olan bacakları ile sürüngenlere benzeyen bir yürüyüş biçimi vardır. Ornitorenk hızla dalmasını ve dengesini sağlayan kuyruğu ile kendini yönlendirir.