O ornitorrinco caça debaixo d'água e usa sensores em seu bico para encontrar e recolher pequenas presas que vivem ao longo do fundo do rio ou lago onde caçam. Eles ficam submersos por 1 a 2 minutos e então retornam à superfície para respirar e comer suas presas.
O ornitorrinco se alimenta de invertebrados aquáticos, como larvas de insetos, besouros nadadores, insetos aquáticos, girinos, vermes, músculos, caracóis, camarões, ovas e peixes pequenos. Eles caçam principalmente à noite e passam de 10 a 12 horas por dia em busca de comida. Enquanto submerso, o ornitorrinco usa abas de pele para fechar os olhos, ouvidos e narinas, e depende inteiramente de eletrorreceptores e sensores de pressão em seu bico para navegar e encontrar a presa. As presas pequenas são peneiradas de material não comestível e as presas maiores são capturadas individualmente.
O ornitorrinco armazena o alimento capturado em bolsas nas bochechas e o traz para a superfície. Eles mastigam a comida usando pratos especiais para moer com chifres e usam pequenos pedaços de cascalho para ajudar a moer a comida.Ornitorrincos, especialmente machos, são criaturas solitárias e não gostam de entrar em contato com outros ornitorrincos. Ornitorrincos têm territórios de caça bem definidos e evitam caçar ao mesmo tempo que outros ornitorrincos.