Do phân hướng sớm với phân lớp Thú bậc cao và số ít các loài đơn huyệt khác còn tồn tại, thú mỏ vịt là đối tượng nghiên cứu thường xuyên của ngành sinh học tiến hoá. Năm 2004, các nhà nghiên cứu của Đại học Quốc gia Úc đã phát hiện ra thú mỏ vịt có đến mười nhiễm sắc thể giới tính, nhiều hơn hẳn so với hai (XY) ở đại đa số các loài động vật có vú khác. Mười nhiễm sắc thể này tạo thành năm cặp XY và XX duy nhất lần lượt ở cá thể đực và cái. Cụ thể, trình tự nhiễm sắc thể ở con đực là X1Y1X2Y2X3Y3X4Y4X5Y5. Một trong số các nhiễm sắc thể X của thú mỏ vịt có sự tương đồng rất lớn với nhiễm sắc thể Z ở chim. Hệ gen của thú mỏ vịt cũng có các gen liên quan đến quá trình trứng thụ tinh của cả bò sát và động vật có vú. Dù thú mỏ vịt không có gen xác định giới tính SRY của động vật có vú, một nghiên cứu đã cho thấy cơ chế xác định giới tính ở con non là gen AMH trên nhiễm sắc thể Y lâu đời nhất. Ngày 8 tháng 5 năm 2008, tạp chí Nature công bố một bản phác thảo trình tự gen của thú mỏ vịt, cho thấy chúng có nhiều tính chất tương đồng với cả bò sát và thú có vú, cũng như hai loại gen khác mà trước đó người ta chỉ thấy ở cá, chim và động vật lưỡng cư. Hơn 80% mã gen của thú mỏ vịt giống với gen của các loài có vú khác đã được giải mã. Năm 2021, một hệ gen mới và đầy đủ nhất từ trước đến nay của thú mỏ vịt đã được công bố (cùng với loài thú lông nhím mỏ ngắn).
Do phân hướng sớm với phân lớp Thú bậc cao và số ít các loài đơn huyệt khác còn tồn tại, thú mỏ vịt là đối tượng nghiên cứu thường xuyên của ngành sinh học tiến hoá. Ngày 8 tháng 5 năm 2008, tạp chí Nature công bố một bản phác thảo trình tự gen của thú mỏ vịt, cho thấy chúng có nhiều tính chất tương đồng với cả bò sát và thú có vú, cũng như hai loại gen khác mà trước đó người ta chỉ thấy ở cá, chim và động vật lưỡng cư.