Ce sont des organismes aquatiques unicellulaires (toujours composés d'une unique cellule). Ils sont d'assez grande taille (jusqu'à plusieurs centaines de micromètres µm), d'architecture complexe, et le plus souvent à symétrie sphérique. Ils sont caracterisés par la possession de fins pseudopodes rayonnants. La plupart des actinopodes possèdent un squelette externe calcaire ou siliceux (SiO2). Ils sont adaptés à la vie planctonique. Des spicules et des prolongements cytoplasmiques (filopodes et axopodes) saillent du corps de la cellule.
Les spicules, recouverts de cytoplasme, sont produites par un endosquelette dont la composition varie en fonction des espèces (sulfate de strontium, silice, mélange de silice et de composés organiques).
Les axopodes sont sous-tendus par des faisceaux de microtubules, alors que les filopodes sont de simples prolongement cytoplasmiques.
Les mitochondries sont à crête tubulaire. Il n'existe ni plastes, ni pigments.
Certaines espèces sont multinucléées. D'autres présentent un stade flagellé.