Ces poissons possèdent un squelette cartilagineux et une peau recouverte d'écailles placoïdes (en forme de dents). Leur cartilage confère aux chondrichtyens un squelette lourd. Il leur faut donc des nageoires caudales de taille irrégulière pour pouvoir décoller du sol. Chacune de leurs 5 branchies possède une ouverture propre. Ils ont aussi une paire d'évent. Leur tube digestif possède une valve spiralée. Le système dentaire des chimères est différent de celui des Elasmobranchii: les dents des chimères fusionnent et ne tombent pas, alors que pour les autres espèces de la classe les dents tombent et repoussent en continu. Les dents de ces espèces sont souvent les seuls organes calcifiés. Ils sont le plus souvent ovipares mais certaines espèces de requin pratiquent la gestation interne, soit sans lien mère-embryon (ovovivipare) soit avec un lien (vivipare). L'organe de copulation est issu de la transformation des nageoires pelviennes.
Contrairement aux ostéichthyens, les chondrichtyens ne possèdent pas ou très peu d'os périchondral (os qui remplace le cartilage et se forme au cours du développement chez les ostéichthyens). En revanche, ils présentent une couche de cartilage calcifié prismatique à la périphérie de leurs pièces squelettiques cartilagineuses. Ils n'ont pas non plus de vessie natatoire, et utilisent l'huile de leur foie pour assurer leur flottabilité.
