Diplocaulus có cơ thể chắc nịch, giống như kỳ giông, nhưng tương đối lớn, đạt lên đến chiều dài 1 mét (3,3 ft). Tính năng đặc biệt nhất của nó là những chỗ lồi lõm dài ở hai bên của hộp sọ, làm cho đầu của nó giống Boomerang.[1] Chi và đuôi được đánh giá tương đối ngắn, nó được cho là bơi với chuyển động lên và xuống, giống như cá voi ngày nay. Đầu rộng có thể sử dụng như cánh tàu ngầm, giúp nó lướt trong nước. Một khả năng khác là để phòng thủ, vì ngay cả một động vật ăn thịt lớn củng sẽ khó để nuốt một sinh vật với một cái đầu rộng.[2]

Một họ hàng của Diplocaulus là Diploceraspis.