Il s'agit de plantes herbacées vivaces, plus rarement annuelles, avec quelquefois une base ligneuse et persistante, aquatiques ou de terrains humides, incluant aussi bien de délicates aquatiques comme Myriophyllum que les robustes espèces de Gunnera, avec des feuilles atteignant 6 m de circonférence et des inflorescences jusqu'à 1,5 m de haut. Les Gunnera sont généralement stolonifères. Les feuilles sont opposées, spiralées ou verticillées. Chez les espèces terrestres, elles sont presque toujours simples, et pinnatinervées ou palmatinervées (Gunnera. Les stipules sont absents, mais aux feuilles sont souvent associées de petites formations subulées et caduques.

L'hétérophyllie est de règle chez les espèces aquatiques. Les feuilles immergées sont pennée, en segments capillaires non ramifiés, tandis que les aériennes sont généralement simples, entières ou dentées. Elles sont opposées ou alternes, stipulées ou non.

Chez Myriophyllum, genre cosmopolite dont tous les représentants sont adaptés à la vie dans les eaux douces par leurs feuilles immergées, réduites aux nervures. Elles assument ainsi une fonction respiratoire de type branchial, puisqu'elles sont capables d'extraire de l'eau les gaz qui s'y trouvent dissous : non seulement l'oxygène nécessaire à leur respiration, exercée seulement pendant l'obscurité nocturne, mais aussi le gaz carbonique utile à leur activité photosynthétique durant le jour. 

Les fleurs, petites et discrètes, sont perigones, actinomorphe et bisexuées ou unisexuées (polygamie, monécie ou dioecie). Solitaires et axillaires, elles peuvent être groupées en épis ou en panicules composés. Le calice, parfois manquant, possède 2-4 lobes, et son tube est adné à l'ovaire. Les 2-4 pétales alternisépales, rarement absents, sont libres, concaves, et ont souvent la forme d'un capuchon. Les 2-8 étamines ont des filets généralement longs et étroits, et des anthères basifixes à déhiscences latérale. L'ovaire est infère, formé de 2-4 carpelles, avec 1-4 loges. Les ovules, unique chez Gunnra, sont pendantsbet anatropes ou apotropes. Les 1-4 styles sont libres, et les stigmates sont plumeux ou couverts de papilles.

Le fruit est généralement très petit, sec ou charnu, indéhiscent ou composé de nucules monospermes. La graine a un embryon droit et un albumen abondant.

Les Halogaridaceae, généralement classées parmis les Myrtales, et sont divisées en deux sous-familles.

La sous-famille des Halogaroideae a un ovaire à 2-4 loges, des feuilles dépourvues de stipules, des inflorescences de petite taille, un fruit sec et des pétales pouvant être absents. On y distingue deux tribus : les Halogareae ont des fruits indéhiscents (Loudonia, Meziella, Halogaris, Laurembergia, Proserpinaca), et les Myriophylleae qui ont des fruits se séparant en 2-4 nucules (Myriophyllum).

La sous-famille des Gunneroideae, parfois individualisées comme Gunneraceae, a un ovaire uniloculaire, des feuilles stipulées, des inflorescences de grande taille et des pétales absents. Le seul genre est Gunnera. Les Gunneroideae sont proches des Hippuridaceae, et ont quelquefois été incluses dans la même famille, de même que les Callitrichaceae. Leurs caractéristiques florales les rapproches des Onagraceae, mais les liens sont peu clairs.

Le genre australien Glischrocaryon combine les caractères des deux sous familles.