Les membres de la famille se rencontrent dans les régions tropicales, subtropicales et plus secondairement tempérées. Ils poussent généralement dans des milieux tropicaux secs à basse altitude. Quoique très répandus, ils sont rarement abondants et ne forment jamais de populations denses, mais sont habituellement isolées ou en petits groupes d’importance écologique mineure.

Les Loganiaceae sont une famille d’arbres, d’arbustes et de plantes grimpantes ligneuses, plus rarement d'herbes. Les feuilles sont opposées, entières, à nervation pennée, rarement 3-7 plinervées (Strychnos) ou curvinervées (Mitrasacme), souvent avec des stipules réduites et interpétiolaires ou plus rarement intrapétiolaires.

L'anatomie ne montre pas d’appareil sécréteur interne, ni de fibres pericycliques mais des amas de cellules scléreuses dans le pericycle et le parenchyme libérien : le bois possède parfois des tubes de phloeme dispersés dans le xylème. L’oxalate de calcium se trouve sous des formes variées : prismes, macles, aiguilles, cellules à sable. Enfin, il peut y avoir un periderme superficiel, des poils tecteurs unicellulaires, du liber perimedullaire, des îlots de liber intraligneux provenant d’un dysfonctionnement du cambium.

Les inflorescences sont des cymes ou des thyrses, plus rarement des racèmes ou des épis, parfois réduites à des fleurs solitaires.

Les fleurs sont actinomrphes, très exceptionellement subzygomorphes, et presque toujours bisexuées. Les 5 lobes du calice sont toujours imbriqués, libres ou soudés, rarement au nombre de 4 ou plus nombreux (jusqu'à 16 chez Anthocleista). La corolle est gamopétale, tubulaire, avec 4-5 lobes, occasionnellement jusqu’à 16, généralement imbriqués à différents degrés, mais parfois valvaires. Les caractères des lobes de la corolle sont utiles dans la classification de la famille.

L'androcée est isostémone : il y a 4-5, rarement 16, étamines attachées en un anneau aux pétales, incluses ou exsertes. Chez deux genres, elles sont moins nombreuses. Les anthères sont basifixes ou parfois legerement dorsifixes (tribu des Spigelieae), à dehiscence longitudinale, plus ou moins bifides à la base.

L'ovaire est supère, excepté chez Polypremum, Cynoctonum et certains Mitrasacme où il est semi-infère. Il formé de 2 carpelles soudés, et chez certains genres, il est enfoncé dans un disque. Il y a 1-5 loges, chacune avec 1 ou plusieurs ovules sur des placentas axiles, ou périétaux chez les rarement genres ou l'ovaire est uniloculaire. Le style est bilobé. Les ovules sont amphitropes ou anatropes.

Le fruit est une capsule, une baie ou plus rarement drupacé. Les graines ont un albumen charnu et un embryon droit, elles sont souvent ailées.

Il s’agit d’une famille primitive, car encore arborescente et proche des Gentianaceae, dont elles se distinguent par la présence de stipules foliaires et par leur ovaire biloculaire à placentation axile, chaque loge contenant de nombreux ovules.

La famille peut être classée, selon des caractères anatomiques et relatifs à la corolle, en deux sous-familles et dix tribus.

Loganioideae		Présence de phloeme dans le xylème, développement de liège superficiel, poils simples
	Desfontainieae		Desfontainia
	Retzieae		Retzia
	Plocospermeae
	Potalieae	Parfois séparées comme Potaliaceae
	Antonieae	Parfois séparées comme Antoniaceae
	Gelsmiaea		Gelsemium
	Strychneae	Parfois séparées comme Strychnaceae	Strychnos, Mostuea
	Loganieae		Logania
	Spigelieae	Parfois séparées comme Spigeliaceae	Spigelia
Buddleioideae		Absence de xylème dans le phloème, poils complexes
	Buddleieae	Parfois séparées comme Buddlejaceae	Buddleia

Plusieurs membres de la famille sont extermement toxiques, causant une mort par convulsions. La toxicité est en grande partie due à des alcaloïdes, que l’on trouve essentiellement chez Strychnos, Gelsemium et Mostuea. Des glycosides sont également présents, comme la loganine chez Strychnos et l’aubucine chez Buddleia. Chez les Strychnos, on retrouve des alcaloïdes toxiques de deux natures : strychnine et brucine à pouvoir tétanisant des espèces d'Asie (par exemple Strychnos nux-vomica, le vomiquier), curarine et toxiférine à pouvoir curarisant des Strychnos d'Amérique (S. toxifera, S. lethalis) dont les racines et l’écorce servent à préparer le curare.

Deux grands genres ont un intérêt ornemental : Buddleja et Fragraea. Buddleia davidii, originaire de Chine est devenue une espèce très invasive dans de nombreuses contrées. Fragraea fragans est souvent planté comme arbre d’ornement dans les régions tropicales et subtropicales.