海牛外形呈纺锤形，与鲸类似，身体庞大，脖子粗粗短短。成年后体长2～4米，体重达360千克左右。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，而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、短颈，头能灵活地活动，便于取食。进化让海牛完全适应了在海水中的生活。

海牛的大脑并不发达，视觉不佳，听觉良好。

海牛是素食者，一头成年的海牛，每天可吃大约50千克的海草。海牛皮下储存大量脂肪，起到在海水中保持体温的作用。

海牛每年繁殖1次，妊娠期约1年，每胎在水中产1仔。幼仔出生后，母海牛将其举出水面，驮在背上，过两小时，才逐渐把幼海牛浸到水中，适应海水的幼海牛就能随着母亲游泳了。