Thú mỏ vịt săn mồi dưới nước và sử dụng các cảm biến trong mỏ của nó để tìm và vớt những con mồi nhỏ sống dọc theo đáy sông hoặc hồ nơi chúng săn. Chúng chìm trong nước từ 1 đến 2 phút rồi trở lại mặt nước để thở và ăn thịt con mồi.
Thú mỏ vịt ăn động vật không xương sống dưới nước, chẳng hạn như ấu trùng côn trùng, bọ bơi, bọ nước, nòng nọc, giun, cơ, ốc, tôm, trứng cá và cá nhỏ. Chúng chủ yếu săn mồi vào ban đêm và dành 10 đến 12 giờ mỗi ngày để kiếm thức ăn. Khi ở dưới nước, thú mỏ vịt sử dụng các vạt da để nhắm mắt, tai và lỗ mũi, đồng thời dựa hoàn toàn vào các cơ quan cảm nhận điện và cảm biến áp suất trong mỏ của nó để điều hướng và tìm con mồi. Con mồi nhỏ được sàng lọc từ vật liệu không ăn được và con mồi lớn hơn bị bắt riêng lẻ.
Thú mỏ vịt dự trữ thức ăn bắt được trong túi má và đưa chúng lên bề mặt. Chúng nhai thức ăn bằng những chiếc đĩa mài đặc biệt có sừng và chúng dùng những mảnh sỏi nhỏ để nghiền thức ăn.
Thú mỏ vịt, đặc biệt là con đực, là những sinh vật sống đơn độc và không thích tiếp xúc với những con thú mỏ vịt khác. Thú mỏ vịt có lãnh thổ săn mồi được xác định rõ ràng và tránh săn mồi cùng lúc với các loài thú mỏ vịt khác.
