I sitt tal till den konservativa partikonferensen lovade Cameron att öppna dessa religiösa skolor för inspektion.
Han sade att det inte fanns några problem med att barn fick lära sig om sin tro på kompletterande skolor, men sinnet måste breddas, inte "fyllas med gift".
Det muslimska rådet i Storbritannien sade att det hade oro över planerna.
Cameron talade i Manchester och sade till delegaterna: " Visste ni att det i vårt land finns några barn som tillbringar flera timmar varje dag på en madrassa?
"Låt mig vara tydlig: det är inget fel med att barn lär sig om sin tro, vare sig det är på madrassas, söndagsskolor eller judiska jahivor.
"Men i vissa madrassas har vi barn som får lära sig att de inte ska umgås med människor från andra religioner; bli slagna; svälja konspirationsteorier om judiska människor.
"Dessa barn bör få sina sinnen öppnade, deras horisonter vidgas, inte ha sina huvuden fyllda med gift och deras hjärtan fyllda av hat.
"Så jag kan meddela detta idag: om en institution undervisar barn intensivt, då oavsett dess religion, kommer vi, precis som vilken annan skola som helst, att få den att registrera sig så att den kan inspekteras.
"Och tvivla inte: om du undervisar intolerans, kommer vi att stänga ner dig."
Det är bara ett år sedan planerna på en frivillig uppförandekod för Madrassas lades ner av utbildningsdepartementet.
Nu går regeringen betydligt längre, med planer på att samråda sedan lagstifta för att kräva kompletterande religiösa skolor för att registrera sig och möta vad som beskrivs som en "lätt beröring" inspektion regim.
Även om varje lag skulle vara brett utformad för att omfatta alla religioner, trösklarna för antalet barn och timmar per vecka kommer sannolikt att fastställas på en nivå som skulle utesluta konventionella söndagsskolor samt hemundervisning.
Detta handlar om vad som privat beskrivs som den "hårda kanten" av någon religiös undervisning som tar sig in i området för att framkalla hat eller intolerans.
Det kommer inte att finnas någon tolerans för kroppsstraff, men det kommer inte att finnas något recept på vad eller hur religiösa trosuppfattningar kan läras ut.
Naturligtvis kommer det faktum att man försöker definiera detta i lag att visa sig komplicerat och mycket omtvistat.
Ofsted kan vara mindre än angelägen om att ta på sig den extra rollen att försöka genomdriva sanktioner, vilket skulle kunna inbegripa planer på att övergå till nedläggning.
Premiärministern sade att extremistiska religiösa kompletterande skolor var en del av ett större problem med segregation inom vissa samhällen, och tillfogar extrem madrass som "inkubera dessa uppdelningar".
I ett uttalande sade det brittiska Muslimska rådet: " Vi är bekymrade över premiärministerns inriktning på tilläggsskolorna.
"Det är varken islamiskt, eller allmänt förekommande i Madrassas att vara isolationist eller att predika hat mot andra trossatser.
"Vi hoppas att dessa allvarliga anklagelser kan bevisas och att bevisen läggs fram, så att lämpliga åtgärder kan vidtas."
Downing Street sade att den nya inspektionsregimen skulle tillämpas på religiösa institutioner som erbjuder åtta eller fler timmars studier i veckan till barn i England.
Detta kan omfatta kristna söndagsskolor och judiska jahivor, men är mer sannolikt att dölja upp till 2.000 Muselman madrassas.
Många religiösa kompletterande skolor erbjuder undervisning inom tillbedjans område, men andra leds i hemmen.
För närvarande är de inte skyldiga att registrera sig hos myndigheterna och är inte föremål för inspektion, men enligt David Camerons planer måste de registrera sig hos utbildningsdepartementet.
Trosgrupper skulle rådfrågas om de exakta detaljerna om hur inspektioner ska utföras och om de ska utföras av skolornas vakthund, Ofsted eller ett annat organ.
BBC förstår att regeringen kommer att inleda ett samråd om planen "snabbt".
En källa, nummer 10, sade att Camerons initiativ kom som svar på oron över några madrassas från medlemmar av det muslimska samfundet.
Det förväntades att inga problem skulle hittas med det stora flertalet madrassas, den källa som lades till.
Planerna välkomnades av den kontraextremistiska tankesmedjan Quilliam Foundation.
Politisk sambandsofficer Jonathan Russell sade att det var "helt förnuftigt" att se till att rätt kontroller och balans fanns på plats för kompletterande skolor för att skydda alla ungdomar.
"Detta kommer att bli en långsiktig utmaning, men detta är en början", sade han.
Men Pascale Vassie från National Resource Centre for Supplementary Education berättade för BBC att planerna kunde vara kontraproduktiva.
"Det krävs naturligtvis kvalitetssäkring, men det är också stöd, uppmuntran och träning", sade hon.
"Om otillräckliga pengar används till utbildning och stöd till det som ofta är volontärarbete skulle det kunna vara helt kontraproduktivt. Det skulle till och med kunna driva vissa organisationer under jord.
Religiösa kompletterande skolor i England som lär barn intolerans kommer att undersökas och stängas, har premiärminister David Cameron sagt.