La tarification au coût marginal peut-être une solution imposée par les pouvoirs publics dans le cas d'un monopole naturel. Une firme constitue un monopole naturel (pour une certaine plage de production) lorsqu'elle est en mesure de produire dans cette plage à moindre coût que ne le pourraient plusieurs firmes. Par exemple, si la firme à des coûts moyens toujours décroissants, ce qui est le cas lorsque les coûts fixes sont importants. Cela implique naturellement que les coûts marginaux sont eux aussi décroissants.
Le monopole naturel est en mesure de fixer les prix en deça du seuil de rentabilité de ses concurrents potentiels et peut ainsi parvenir à décourager l'entrée.
Par ailleurs, puisque le monopole naturel a des coûts plus faibles, il utilise mieux les ressources. Il est donc souhaitable, du point de vue de l'efficacité productive, qu'une seule firme approvisionne le marché.
Mais, parce que c'est un monopole le prix que la firme va fixer pour maximiser son profit est supérieur à celui qui s'établirait en concurrence pure et parfaite.
C'est pour cette raison que les pouvoirs publics, s'ils veulent que les consommateurs bénéficient du produit dans des conditions socialement staisfaisantes, vont chercher à inciter le monopole à produire une quantité efficace.

Il existe plusieurs mécanismes pour réglementer : chacun a des conséquences différentes.
Pendant longtemps la solution retenue a consisté à nationaliser les monopoles naturels. Depuis le milieu des années 1980, la plupart des monopoles publics ont disparu, et la solution retenue est celle d'une réglementation des prix du monopole (qui subsiste puisqu'il est "naturel") lui permettant d'obtenir des profits « raisonnables » sur ses investissements.

Il peut s'agir d'un prix plafond fixé de sorte qu'il soit inférieur à celui que le monopole choisirait pour maximiser son profit. C'est le but de la réglementation, réduire la "rente" du monopole. Un des effets attendus de la réglementation est d'ailleurs de pousser l'entreprise à réorganiser sa production pour réduire ses coûts de manière à retrouver le taux de profit précédent... et ainsi de suite...
Il peut s'agir aussi d'une tarification au coût marginal ce qui correspond au cas où le prix plafond est choisi de manière telle que la quantité produite à ce prix soit égale au coût marginal (la recette moyenne est alors égale au coût marginal).
Mais dans ce cas, puisque les coûts unitaires sont décroissants, le coût moyen est forcément supérieur au cout marginal et l'entreprise fait forcément une perte.
Le monopole naturel tarifé au coût marginal n'est pas viable financièrement, il faut que les pouvoirs publics apportent une compensation financière sous la forme d'une subvention compensant cette perte. Cela correspond bein entendu à un transfert de revenus : les prélèvements obligatoires financent la subvention, de manière à assurer la satisfaction des consommateurs du produit qui fait l'objet de cette réglementation.
Le prélèvement par voie fiscale a cependant trois inconvénients : un impôt supplémentaire engendre toujours des distorsions (les choix privés se modifient) qu'il faut prendre en compte, il peut paraître injuste pour les agents qui n’utilisent pas le bien ou le service, et enfin, l’impôt est décidé par des autorités qui peuvent céder à des considérations politiques (électorales) sans fondements économiques

Parce que la tarification au coût marginal (position C) qui est pourtant optimale collectivement (l'optimum du monopole c'est la position A), conduit automatiquement au déficit dans le cas des « monopoles naturels » (coûts unitaires toujours décroissants), les économistes se sont tournés vers la recherche d'un « optimum de second rang » (second-best), c’est-à-dire une solution en matière de production et de tarifs permettant l’utilisation rationnelle des ressources tout en respectant la contrainte d’équilibre budgétaire. Le monopole est alors invité à pratiquer une tarification au coût moyen (positionB). Mais dans ce cas, le monopole ne réalise aucun profit et n’est pas incité à réduire ses coûts car il sait qu’une baisse du coût moyen provoquera une baisse du prix. Et surtout, la satisfaction de la société n’est pas maximale. Il existe une autre solution, celle de la discrimination du prix. Un premier bloc de client, Oqc1, paie un prix relativement élevé, un second bloc, de qc1 à qc2, acquittant le prix optimal collectivement, celui qui correspond au coût marginal. Pour ces clients, favorisés, l'entreprise produit à perte mais celle-ci est largement compensée par le gain sur le premier bloc de client. Cette pratique discriminatoire est connue sous le nom de règle de Ramsey-Boiteux, qui énonce qu'un monopole naturel, comme toutes les entreprises, doit pour être rentable, d’une façon ou d’une autre, tarifier à un prix supérieur au coût marginal. Ici, la règle de Ramsey-Boiteux énonce que le prix doit être d’autant supérieur au coût marginal que la clientèle a une demande plus élastique. C'est la solution adoptée par exemple pour la vente du courant électrique, avec des tarifs différents en fonction de l'heure ou/et de la catégorie des abonnés.