Однопроходные и сумчатые – самые примитивные группы млекопитающих. У однопроходных еще заметны черты их предков – рептилий, особенно в скелете и в том, что выделение конечных продуктов обмена веществ и половых продуктов осуществляется через одно выводное отверстие – клоаку. У высших млекопитающих эти тракты полностью разделены.

Однопроходные – яйцекладущие млекопитающие
Три сохранившихся рода однопроходных – утконос (Ornithorhynchus sp.) и австралийская и новогвинейская ехидны (Tach-yglossus sp. и Zaglossus sp.) – откладывают яйца с типично рептильной кожистой оболочкой, которые затем высиживаются или вынашиваются по временно появляющейся у ехидны сумке. Детеныши питаются молоком, выделяющимся из видоизмененных потовых желез, не имеющих общего млечного канала с соском на конце. Хотя однопроходные и покрыты шерстью, терморегулирующий механизм в их мозгу несовершенен. В результате температура тела у них ниже и колеблется сильнее, чем у высших млекопитающих. Однако однопроходные выработали замечательные черты специализации, обусловленные их образом жизни. Так, перепончатые лапы и утиный клюв утконоса рассчитаны на жизнь в воде. Длинные когти и вытянутая морда нужны ехиднам для извлечения муравьев из гнезд. Зубов у однопроходных нет, но клюв утконоса имеет крепкие роговые края, которыми животное раздавливает раковины моллюсков.

Характеристика сумчатых
Хотя именно сумка – тот отличительный признак, по которому большинство людей узнают сумчатых, для зоологов решающим является не этот признак, а отсутствие плаценты – органа, через который осуществляется питание зародыша в утробе матери. (Кстати, у американских опоссумов обычно не бывает и сумки.) В течение первых дней своего развития эмбрион сумчатых питается желтком яйца и выделениями стенки матки, примитивная плацента образуется в редких случаях. Вскоре детеныш, еще очень слабо развитый, перебирается в сумку матери, где, прикрепившись к одному из сосков, питается молоком, пока не вырастет. Для выполнения всех этих действий детеныш и мать должны быть крайне специализированны. Так, у детеныша развитие задних конечностей намного отстает от передних, с помощью которых ему придется добираться от влагалища до сумки. И соски матери не пассивные образования, как у плацентарных, а вытянутые мускулистые органы, которые активно впрыскивают детенышам молоко.
Сумчатые выжили только в Америке и Австралии. Их делят на два подотряда: многорезцовые (Polyprotodonta) и двурезцовые (Diprotodonta). У многорезцовых в каждой челюсти больше трех резцов, у двурезцовых в нижней челюсти развиваются только два резца, с помощью которых животные щиплют траву.
Южноамериканские сумчатые, за исключением ценолестовых, относятся к многорезцовым. У них нет характерной для двурезцовых особенности – сросшихся двух пальцев (синдактилия), с помощью которых те приводят в порядок шерсть.

Австралийские сумчатые
Австралийские сумчатые, развивавшиеся на протяжении 130 млн. лет без конкуренции с плацентарными млекопитающими, значительно превосходят по разнообразию своих родственников из Южной Америки. В зависимости от способа питания их можно разделить на четыре группы: всеядные, насекомоядные, хищные и травоядные.
У американских опоссумов (сем. Didelphidae) сумка часто недоразвита, это насекомоядные или всеядные животные. Бандикуты, будучи тоже всеядными или насекомоядными, образуют собственное семейство. Их сумка открывается сзади, что характерно для всех сумчатых, ведущих роющий образ жизни. Детеныш в такой сумке защищен от попадания почвы. Эта же особенность свойственна и вомбату.
В Южной Америке хищные сумчатые встречаются крайне редко, тогда как в Австралии они весьма многочисленны и дают формы, аналогичные некоторым плацентарным, например кошке или волку, хотя и уступают им в размерах. К насекомоядным относятся сумчатый крот, многочисленные сумчатые мыши (занимают экологическую нишу землероек) и сумчатые тушканчики.
Наиболее специализированные формы среди австралийских сумчатых – двурезцовые. Все они обладают резцами, похожими на резцы грызунов, с помощью которых объедают растения или стригут траву, как это делают кенгуру и валлабй. К этой же группе относятся три рода способных к планирующему полету млекопитающих, включая летающих поссумов (Petaurus). Помимо поссумов в нее же входят знаменитый сумчатый медведь коала и вомбат, напоминающий по облику и повадкам крупных грызунов, таких, как сурки.

Для кенгуру и валлаби не так-то просто подыскать аналогов среди плацентарных животных. Ведь только им свойственны мускулистый хвост и необычайно сильные задние конечности, обусловившие название группы— Macropodidae, что означает «большеноги». Есть у них и другие неповторимые черты, например сочетание зубов жующего типа с грызущим типом питания.