Большинство морских змей достигают размеров около 1,2—1,4 метра. Но у несколько видов длина превышает 2,5 м (Hydrophis cyanocinctus) и даже 2,75 м (Hydrophis spiralis). Обычно самки заметно крупнее самцов. Вес змеи зависит от вида, пола и питания. Кольчатый плоскохвост (Laticauda colubrina) при длине тела около 1,8 м весит около 0,9—1,3 кг (Voris et al. 1998). Форма тела также отличается у различных видов. Например, у Astrotia stokesii особенно большое отношение толщины туловища к длине. Многие виды Hydrophis имеют особо узкую голову и шейный отдел, из-за чего раньше ошибочно полагалось, что они питаются тонкими рыбами вроде угрей. Сейчас установлено, что они способны проглотить животное, вдвое превышающее по обхвату саму змею. А тонкая голова нужна, чтоб обнаруживать жертву в самых узких щелях рифов. Образ жизни морских змей сильно отличается от наземных змей. При этом в первую очередь заметна сплющенность хвоста с боков, что общее для всех морских змей. К тому же у них сильно сокращено число брюшных чешуек, кроме рода Laticauda, которые хорошо передвигаются и на суше, и которые имеют под языком солевые железы, выделяющие излишнюю соль из организма. У морских змей правое легкое сильно увеличено и доходит до хвоста. Отчасти легкое служит гидростатическим органом, наподобие плавательного пузыря у рыб. Носовые отверстия при погружении закрываются специальными клапанами. Морские змеи способны нырять до двух часов на глубины до 180 м. Предполагается, что этому способствует поглощение кислорода из воды непосредственно через кожу. Яд морской змеи — один из самых сильных змеиных ядов. Морские змеи питаются рыбами и головоногими моллюсками, а эти животные холоднокровны и более устойчивы к змеиному яду, чем млекопитающие и птицы. Ядовитые зубы морских змей закреплены неподвижно (примитивный признак) в передней части верхней челюсти. Они немного короче, чем у наземных змей, однако у большинства видов достаточно длинные, чтобы прокусить кожу человека. Исключением являются виды, питающиеся преимущественно икрой рыб. Самой ядовитой морской змеей считается Aipysurus duboisii, которая после тайпана и бурой змеи третья по ядовитости змея в мире
