海牛属于哺乳动物，长1．5—4米，体重三四百公斤，有大，外观颇像纺锤，头厚。人一样的脸，有鼻有眼，眼睛小，眼后有小耳孔。口里有牙齿，雄性的门齿，突出口外，臼齿像圆筒，没有珐琅质。毛发短而稀，前肢像鳍，没指甲，尾鳍为圆形。它们平时吃海藻和鱼虾为生。每年生一个孩子。
在哺乳时，雌海牛用一对偶鳍将孩子抱在胸前将上身浮在海面，半躺着喂奶，这一点倒与传说中的美人鱼颇相似。幼儿吃奶时，要把鼻露外面，免得闷死。海牛的牙齿有很强的再生能力。前面的颊齿脱落了，由后面的补充上。一头成年的海牛，每天可吃50公斤海生植物，因而有“海洋清道夫”绰号。南美圭亚那曾利用2头海牛清除了首都乔治敦市附近一条水道中的水草，使居民获得了足够的生活用水。
海牛外形呈纺锤形,颇似小鲸，但有短颈，与鲸不同。体长2.5～4.0米,体重达360千克左右；海牛皮下储存大量脂肪,能在海水中保持体温;前肢特化呈桨状鳍肢，没有后肢，但仍保留着一个退化的骨盆；有一个大而多肉的扁平尾鳍；胚胎期有毛，初生的幼兽尚有稀疏的短毛，至成体则躯干基本无毛，仅嘴唇周围有须,头部有触毛；头大而圆,唇大,由于短颈,头能灵活地活动,便于取食；鼻孔的位置在吻部的上方,适于在水面呼吸，鼻孔有瓣膜，潜水时封住鼻孔；肠的长度超过20米；胃分两室，贲门室有腺状囊,幽门室有盲囊；眼小，视觉不佳；听觉良好。肺窄而长，无肺小叶；头骨大，但颅室较小，脑不发达。