T. amblycephalum có chiều dài cơ thể tối đa được ghi nhận là 16 cm[3]. Như những loài Thalassoma khác, T. quinquevittatum là một loài lưỡng tính tiền nữ (protogynous hermaphrodite), nghĩa là tất cả cá con đều phải trải qua giai đoạn trung gian là cá cái trước khi biến đổi hoàn toàn thành cá đực.

Cá con T. amblycephalum có màu trắng với một dải sọc đen từ mõm băng qua mắt kéo dài đến gốc vây đuôi; rìa trên và dưới, cũng như toàn bộ vây đuôi có màu vàng kim. Cá cái (giai đoạn trung gian) có nửa thân trên màu vàng lục, trắng ở thân dưới (sọc đen dần tiêu biến), hai thùy đuôi có màu cam. Cá đực trưởng thành có đầu màu xanh lục (hoặc màu lục lam) với hai đường sọc màu vàng cam. Phía sau đầu có một khoảng màu vàng; toàn bộ phần thân còn lại có màu hồng tím đến đỏ tía. Vây ngực vàng với một vệt đốm màu xanh lam viền đen ở cận rìa. Đuôi cụt hoặc hơi có khía ở cá con, lõm dần với hai thùy đuôi dài ở cá đực trưởng thành[4][5].

Số gai ở vây lưng: 8; Số tia vây ở vây lưng: 13; Số gai ở vây hậu môn: 3; Số tia vây ở vây hậu môn: 10 - 11; Số tia vây ở vây ngực: 15[4].