Les marsupiaux se distinguent principalement par leur mode de reproduction particulier. Leur gestation est très courte (de 8 à 42 jours selon l'espèce), et ils donnent naissance à des petits extrêmement prématurés, appelés larves marsupiales, qui ne sont pas encore pleinement développés. Ces petits, dès leur naissance, se déplacent vers une poche ventrale maternelle appelée marsupium, où ils s'accrochent à une tétine pour poursuivre leur croissance et recevoir chaleur, nourriture et protection. Ils restent dans cette poche plusieurs semaines à plusieurs mois avant de devenir indépendants. Certaines femelles marsupiales peuvent même retarder le développement embryonnaire (diapause embryonnaire) pour synchroniser la naissance avec des conditions favorables. Anatomiquement, les femelles ont deux utérus latéraux distincts, ce qui est une particularité unique aux marsupiaux. Aussi, le placenta des marsupiaux est peu développé comparé à celui des mammifères placentaires (euthériens), reflétant la courte gestation. Tous n'ont pas forcément une poche, mais la majorité en possède une pour protéger leurs petits. Enfin, les marsupiaux ont souvent une formule dentaire différente, avec asymétrie dans le nombre des incisives. Ce mode reproductif et ces caractéristiques anatomiques les différencient nettement des autres mammifères comme les placentaires et les monotrèmes.