Τα περισσότερα θαλάσσια φίδια φτάνουν σε μεγέθη μεταξύ 1,2 και 1,4 μέτρων, ενώ ορισμένα μπορούν να φτάσουν τα 2 μέτρα ή και περισσότερο. Το Hydrophis cyanocinctus φτάνει τα 2,5 έως 3 μέτρα. Φτάνουν σε βάρος περίπου 0,8 -1,3 kg, σε μέγεθος 1,8m. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα θηλυκά είναι μεγαλύτερα από τα αρσενικά.
Όλα τα θαλάσσια φίδια έχουν ουρά που μοιάζει με κουπί και πολλά έχουν πλευρικά συμπιεσμένο σώμα - μοιάζουν κάπως με χέλια. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα ψάρια, δεν έχουν βράγχια και πρέπει να βγαίνουν τακτικά στην επιφάνεια για να αναπνέουν. Παρ' όλα αυτά, είναι από τα πιο πλήρως υδρόβια από όλα τα σπονδυλωτά που αναπνέουν αέρα. Μεταξύ αυτής της ομάδας υπάρχουν είδη με μερικά από τα πιο ισχυρά δηλητήρια από όλα τα φίδια. Ορισμένα έχουν ήπια διάθεση και δαγκώνουν μόνο όταν προκαλούνται, ενώ άλλα είναι πολύ πιο επιθετικά.
- Όλα τα φίδια είναι καλοί κολυμβητές, αλλά μόνο τα πραγματικά θαλάσσια φίδια ζουν ολόκληρη τη ζωή τους στον ωκεανό. Όχι μόνο ζουν εκεί, αλλά και τρώνε εκεί και μάλιστα γεννούν τα μικρά τους μέσα στο νερό. Τα περισσότερα δεν μπορούν να ζήσουν καθόλου στην ξηρά. Αν αναγκαστούν να βγουν στη στεριά από καταιγίδα ή ισχυρά ρεύματα, δεν μπορούν να μετακινηθούν. Τα θαλάσσια φίδια δεν έχουν πτερύγια (ειδικά λέπια στην κοιλιά των φιδιών που τα βοηθούν να πιάνονται και να γλιστρούν στο έδαφος), οπότε αν ένα θαλάσσιο φίδι καταλήξει σε μια παραλία, δεν είναι σε θέση να γλιστρήσει πίσω στη θάλασσα. Αντίθετα, τα θαλάσσια φίδια έχουν ουρά σε σχήμα κουπιού. Με την ουρά του, το φίδι μπορεί να κολυμπάει καλά.
Τα θαλάσσια φίδια έχουν ειδικά ρουθούνια που μπορούν να κλείνουν όταν βγαίνουν κάτω από το νερό και να ανοίγουν όταν αναδύονται για να αναπνεύσουν, όπως η φυσούνα της φάλαινας (οι επιστήμονες ονομάζουν αυτά τα ρουθούνια βαλβίδες). Τα ρουθούνια βρίσκονται ψηλά στο κεφάλι, έτσι ώστε ολόκληρο το φίδι να μπορεί να παραμείνει κάτω από το νερό όταν ανεβαίνει για να αναπνεύσει. Στην αναζήτηση τροφής, ένα θαλάσσιο φίδι μπορεί να παραμείνει κάτω από το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα. Για να το κάνουν αυτό, τα θαλάσσια φίδια έχουν αναπτύξει έναν ενιαίο πνεύμονα που έχει σχεδόν το ίδιο μήκος με ολόκληρο το σώμα.
Τα περισσότερα θαλάσσια φίδια μπορούν να αναπνέουν μέσω του δέρματός τους. Αυτό είναι ασυνήθιστο για τα ερπετά, επειδή το δέρμα τους είναι συνήθως παχύ και φολιδωτό. Πειράματα με το μαυροκίτρινο θαλάσσιο φίδι, Pelamis platurus (ένα πελαγικό είδος), έδειξαν ότι το είδος αυτό μπορεί να πάρει περίπου το 20% του οξυγόνου του με αυτόν τον τρόπο, γεγονός που επιτρέπει μεγαλύτερες καταδύσεις.
Όπως και άλλα χερσαία ζώα που έχουν προσαρμοστεί στη ζωή σε θαλάσσιο περιβάλλον, τα θαλάσσια φίδια καταπίνουν πολύ περισσότερο αλάτι από τους συγγενείς τους που ζουν στη στεριά. Αυτό συμβαίνει μέσω της διατροφής τους και όταν καταπίνουν κατά λάθος θαλασσινό νερό. Η λειτουργία των νεφρών στα πτηνά και τα ερπετά είναι πολύ αδύναμη για να απομακρύνουν αρκετό αλάτι. Στα πτηνά, όπως οι πιγκουίνοι, το αλάτι απομακρύνεται μέσω των ρινικών αδένων. Τα θαλάσσια ιγκουάνα των νησιών Γκαλαπάγκος χρησιμοποιούν τον ίδιο μηχανισμό. Οι θαλάσσιες χελώνες διαθέτουν δακρυϊκούς αδένες που τους επιτρέπουν να παράγουν πολύ αλμυρά δάκρυα. Αλλά στα θαλάσσια φίδια, οι αδένες κάτω και γύρω από τη γλώσσα τους επιτρέπουν να αποβάλλουν το αλάτι με τη δράση της γλώσσας τους.
