Đặc điểm chung của cá là cá có hình thù kỳ dị, chúng có thân hình bầu dục tròn, phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, cá da trơn mình dẹt, đuôi ngắn, đầu tròn, mắt lớn, miệng nhỏ, miệng khá nhỏ so với kích thước toàn thân, hai vây ngắn.[8][9] Hầu hết thời gian cá mặt trăng để cho cả khối thân mình đồ sộ trôi tự do theo các dòng nước. Những con trưởng thành thích trôi nghiêng một bên.

Hình dáng cơ thể

Cá mặt trăng có thân hình bầu dục tròn, rất dẹp bên, chiều dài của thân có thể đạt tới từ 3,5- 5,5m, nặng 1400 kg đến 1700 kg (Andriaxep, 1954),[4] tuy vậy trông xa thì thấy thân hình ngắn, trông gần giống với hình trái xoan hay hình tròn, nhìn từ xa trông giống cái đầu to. Dù thân hình to lớn nhưng với cấu trúc cơ thể cụt ngủn nên cá mặt trăng bơi yếu ớt.

Vây lưng và vây hậu môn ngắn nhưng rất cao, nằm gần cuối thân mình và gần như đối xứng nhau. (phía trên và phía dưới). Vây ngực (ức) nhỏ, hình tròn, vây đuôi thấp nhưng dài, bao quanh cả phía sau thân, trông như một dải hẹp, ít có tác dụng bơi lội. Mép ngoài của vây chỉ hơi lượn sóng. Da cá thô, mỏng, không phủ vảy và không có đường bên nhưng nhám và dai, bên trên thân mình có màu xám hay nâu, bên dưới có màu nhạt hơn.

Cá mặt trăng không có một cái đầu thực sự. Mặt cá và khe mang nhỏ, đặc biệt là miệng cá rất nhỏ.[4] Tuy to lớn nhưng miệng chúng lại rất nhỏ, mỗi hàm có hai răng dính nhau làm thành một cái mỏ. Với cái miệng đặc biệt như vậy nên chúng không thể nuốt mồi to mà chỉ chuyên ăn giáp xác nhỏ và các phiêu sinh vật khác. Thức ăn chủ yếu của cá là các loại rong, thủy mẫu, động vật giáp xác phù du, ấu trùng cá chình..v.v.[4]

Dù thân hình to lớn nhưng với cấu trúc cơ thể cụt ngủn nên cá mặt trăng bơi yếu ớt; hầu hết thời gian, chúng chỉ để cho cả khối thân mình đồ sộ trôi tự do theo các dòng nước. Những con trưởng thành thích trôi nghiêng một bên. Nhiều khi các dòng hải lưu đưa chúng từ vùng nhiệt đới sang hẳn vùng ôn đới.[10] Cũng chính vì đặc điểm này mà cá mặt trăng còn được đặt tên là "cá mặt trời/cá thái dương" bởi người ta tin rằng chúng "tắm nắng" trên mặt biển vì thường thấy chúng hay bơi ì ạch sát mặt nước.

Cấu trúc đặc biệt

Do cá mặt trăng ở vùng nước sâu nên nhiệt độ thấp ở đây có thể ảnh hưởng đến các chức năng thần kinh và thị giác của cá, vì vậy một số nhóm cá đã tiến hóa một cách độc lập với khả năng tự sưởi ấm mắt và não để hạn chế tác động kể trên,[11] một số nghiên cứu chỉ ra rằng, các mô cơ nằm phía sau mắt cá mặt trăng thường có nhiệt độ cao hơn 2,1 độ C so với các mô cơ thông thường – nhưng một số trường hợp lên đến 6 độ C, điều đó cho thấy cá mặt trăng đã tiến hóa một số chức năng cho phép tạo ra nhiệt và ngăn nó thất thoát ra môi trường nước lạnh xung quanh. Chức năng đặc biệt này được các nhà khoa học gọi là "nội nhiệt hộp sọ" (cranial endothermy).

Gốc của cặp cơ hoành của cá được cho là nơi phát ra nhiệt. Cơ này là cơ lớn nhất, nằm kế bên não và dây thần kinh thị giác và cách não một lớp xương mỏng. Gốc cơ hoành có màu đỏ bầm và là nơi xảy ra nhiều phản ứng tổng hợp citrat, làm phát sinh nhiệt lượng, hơn so với tất cả các loại cơ ngoài khác. Các cơ của cá được bọc bằng một lớp mỡ mỏng để cách nhiệt với nước lạnh trong khe mang, và một mạng lưới động tĩnh mạch bên trong tạo ra một "bộ truyền - dẫn nhiệt" mà mọi người cho rằng nó giúp cá Mặt Trăng duy trì nhiệt độ cao ở hộp sọ.[10]