Всі відомі науки види вже мешкали в море і не вибиралися на сушу, і вони були живородящими. Іхтіозаври мали будова черепа евріапсідного типу, яке їм дісталося від діапсідних предків. Зуби морських рептилій кілька разів змінювалися протягом життя. Кінцівки цими ящерами використовувалися для контролю напрямку і підтримки рівноваги тіла.
Хвіст складався з дух лопатей, нижня з яких підтримувалася хребтом. У стандартного представника були вирячені очі великого розміру, які були захищені кістяним кільцем, все це говорить про те, що ці тварини полювали і вдень і вночі. У зв'язку з цим очі деяких видів могли досягати 20 сантиметрів в діаметрі.
До всього цього, швидше за все у тварин були шкірні рецептори, схожі на бічні лінії, на це вказували сліди судин і нервів на кістках черепа. Шкіра позбавлена луски, щоб їх тіла могли легко ковзати в воді, і швидше за все, була покрита слизом. Добре пристосовані до швидкісного руху, деякі морські ящери могли бути хорошими глубоводнимі нирцями, як кити.
Швидше за все, тіла цих морських тварин мали забарвлення типу протівотені (темний верх і світлий низ) з невеликим синюватим відтінком. Найбільший описаний вченими іхтіозавр - шонізавр, який мешкав в пізньому тріасі на території сучасної Канади, мав скелет довжиною в 23 метри.
У деяких ранніх представників морських ящерів були зуби, за допомогою яких вони їли молюсками. Швидше цього, вони так само ласували рибою, а у частини більших видів були важкі щелепи і зуби, з яких можна зробити висновок, що харчувалися такі особини дрібними рептиліями.
Типовий вид цієї групи був описаний в 1821 році. Існували вони протягом майже всього мезозойського періоду, але самий розквіт їх стався в юрський період, поки в крейдяний період їм на зміну не прийшли плезіозаври. В крейдою періоді кількість цих морських рептилій різко знизилося, до пізнього крейдового періоду дожили лише платіптерігіі.