水熊虫是一种非常微小的动物，体长通常不超过1毫米，最小的种类初生时仅有50微米，最大的种类也不过1.2毫米。它们的身体由头部和四个体节构成，被一层角质层覆盖，这种角质层由几丁质构成。水熊虫有四对腿，共八条腿，腿部末端根据种类的不同，可能长有爪子、吸盘或脚趾。它们的口部有两个向前突出的部分，一个用于刺入食物，另一个用于吸收液体。水熊虫的体色多变，可以是透明无色、黄色、棕色、深红色或绿色，这主要取决于它们摄入的含有类胡萝卜素的食物。
