Οι θαλάσσιες χελώνες, όπως οι άλλες χελώνες (Χελώνια) είναι εξώθερμα ερπετά και διαθέτουν αναπνευστικό σύστημα με πνεύμονες, το οποίο είναι μια προσαρμογή στην επίγεια ζωή. Ως συμπλήρωμα των νεφρών, υπάρχουν αδένες κοντά στα μάτια τους που αποβάλουν το υπερβολικό αλάτι από το αίμα τους . Απαντώνται σε όλους τους ωκεανούς του κόσμου εκτός του Αρκτικού Ωκεανού.

Σύμφωνα με κάποιες θεωρίες, το καβούκι τους, τουλάχιστον της δερματοχελώνας, τις βοηθά να διατηρούν την θερμοκρασία του σώματος όταν βουτούν σε μεγάλα βάθη με χαμηλές θερμοκρασίες. Αλλά αυτή η υπόθεση αμφισβητείται, λόγω του οτι τα ερπετά, ζώα ψυχρόαιμα, υποτίθεται ότι είναι ποικιλόθερμα. Μπορούν να αποβάλουν το 35-52% του οξυγόνου στην αναπνοή.

Η όρασή της είναι πολύ ανεπτυγμένη. Τα μάτια προστατεύονται με τρία βλέφαρα και η ακοή τους είναι ιδιαίτερα τελειποιημένη εξίσου, αν και δεν έχουν εξωτερικά αυτιά, αλλά ένα εσωτερικό αυτί, κάτω από μία ακουστική πλάκα.

Η όσφρησή τους είναι ωστόσο αρκετά αναποτελεσματική. Οι θαλάσσιες χελώνες δεν έχουν παρά μία μόνο έξοδο για την απέκκριση η οποία χρησιμεύει επίσης για την αναπαραγωγή. Μπορούν να κολυμπούν γρήγορα και πολλά είδη είναι ικανά να αναπτύξουν ταχύτητα έως και 35 χλμ/ώρα• σε αντίθεση με τις χελώνες του γλυκού νερού, προχωρούν με ταυτόχρονη κίνηση των μπροστινών ποδιών.

Στην γέννηση, δεν υπάρχει κανένα εξωτερικό ανατομικό στοιχείο το οποίο να επιτρέπει την διάκριση των δύο φύλων. Είναι γνωστό ότι κάποιες χελώνες μπορούν να μπορούν να ζήσουν και πάνω από 150 χρόνια. Το μεγαλύτερο ρεκόρ κατάδυσης είναι 6 ώρες και το έκανε μία πράσινη θαλασσοχελώνα.