Les Lemnaceae sont une famille de petites, voire de minuscules plantes herbacées aquatiques flottantes ou immergées, généralement vivaces. L'appareil végétatif consiste en des thalles indifférenciés aux formes variées. Elle peuvent être dotées, ou non, de racines simples et dépourvues de poils absorbants.

Ce qui est souvent pris pour une feuille ne correspond donc pas à la définition des feuilles renontrées chez les plantes supérieures. Ce thalle, souvent dénommé fronde dans la littérature concernant les Lemnaceae, correspondrait, selon certains, à la fusion d'une tige dans sa fraction proximale (de la base jusqu'au noeud) avec une feuille dans sa fraction distale (du noeud jusqu'à l'apex).

Les thalles peuvent être solitaires ou agglomérés, et possédent un profil plat ou convexe à globuleux. Leur diamètre est toujours inférieur à 15 mm. Ils possèdent un noeud, point de naissance des racines, des vaisseaux et des plantes filles, situé généralement dans le tiers proximal du thalle.

La reproduction végétative est prépondérante, et elle s'effectue au moyen de bourgeons ou de turions. Elle est intense, ce qui permet, par exemple aux Wolffia, malgré leur taille minuscule, inférieure à 1 mm, de recouvrir d'immenses plans d'eau.

Les fleurs rudimentaires sont unisexuées, et la monécie est généralement de règle. Situées dans des poches ou des gaines situées sur la surface aerienne du thalle, elles ont été interprétées comme fleurs ou comme inflorescences selon les auteurs. Chaque poche porte une fleur femelle et une ou deux fleurs mâles, nues ou entourées par une spathe.

Elles sont toutes apérianthées. La fleur mâle possède 1-2 étamines et des anthères à uni- à biloculaires loges. La fleur femelle possède un ovaire supère et uniloculaire, portant 1-7 ovules sur un placenta basal, et est terminé par un style unique et funneliforme.

Le fruit est un follicule au pericarpe membraneux, déhiscent par éclatement. Les 1-5 graines sont lisses ou striées, avec un embryon droit et un albumen charnu ou sans albumen.

Les Lemnaceae sont famille très proche des Araceae. La structure adulte de Lemna ressemble beaucoup à celle des jeunes plants du genre Pistia (Araceae), et il semble très probable que Lemna se soit développé à partir d'une forme juvénile sexuellement mature de Pistia. Leur comparaison avec les Araceae montre des caractères distinctifs, parmi lesquels l'appareil végétatif extremement réduit, possédant ou non (Wolffia) une racine non vascularisée, l'absence de canaux laticifères, le fruit akénoïde. Mais de nombreux caractères les rapprochent des Araceae, notamment des Pistia : l'habitat, la spathe minuscule ou absente (Wolffia), les fleurs peu nombreuses et très simplifiées, la placentation basiliaire, la graine, la pollinisation effectuée par des insectes ou des mollusques aquatiques.

Les espèces de Lemnaceae sont difficilement identifiables, du fait de leur petite taille, mais ausi du fait qu'elles croissent en population polyspécifiques, parfois associées à des fougères aquatiques. Leur identification précise demande souvent une préparation préalable et l'observation à la loupe binoculaire.

Les Lemnaceae sont les plus petites et les plus réduites des plantes à fleurs. Leur dissémination est parfois effectuée sur de courtes distances par les oiseaux. Dans de nombreux lieux, elles vivent quand les conditions sont favorables, pour disparaitre ensuite. Ceci fait que leur distribution est fortement plastique, et qu'elle peut énormement varier d'une année à l'autre. Toutefois, le rechauffement climatique global et l'eutrophisation des eaux font que leur distribution a plutot tendance à s'accroitre.

Spirodela et Lemna, deux genres cosmopolites, ont des racines. Tous les autres genres en sont dépourvus. Spirodela se distingue de Lemna grâce à ses écailles dorsales et ventrales sur les frondes, à ses racines multiples, à ses 7-15 nervures prédominantes sur le thalle ovale, dont la face inférieure est souvent de couleur brun-rouge à cause de différents pigments. Lemna ne possède pas d'écailles et a seulement une racine, parfois manquante, seulement 1-3 nervures et pas de pigments sur la face ventrale du thalle.

Wolffia sont des plantes flottantes, tandis que Wolffiella sont des plantes immergées. Wolffia, genre tropical et tempéré possède un thalle épais et globuleux, alors que Wolffiella, d'Amérique et d'Afrique tropicales, posséde des thalles ligulés. Wolffia microscopa est la plus petite plante à fleurs connue : les individus sont à peine visibles à l'oeil nu, et généralement pris pour de la mousse à la surface de l'eau.

Les Lemnaceae contiennent un fort taux d'acide aminé (jusqu'à 45% du poids sec). Elles sont parfois utilisée pour nourrir bétail et volailles. Les thalles de Wolffia sont consommés comme légume en Asie du sud-est, et ceux de Lemna gibba sont cultivés à cet effet en Israel. Enfin, les Lemnaceae sont un bon indicateur écologique de la qualité des eaux.