El tamaño de éstos está entre las 25 y 500 micras, pero la mayoría mide 100, aunque existen algunos que han alcanzado dos milímetros. La cubierta de celulosa está formada por placas de aspecto reticular unidas por suturas y con poros para comunicarse al exterior, que además pueden llevar salientes, espinas o láminas. La fisonomía de la cubierta presenta caracteres de valor taxonómico, es decir permite identificar a las especies como en el caso del género Ceratium de todos los mares del mundo. Algunas diatomeas se consideran "desnudas" por contar sólo con una delgada membrana dividida en pequeñas áreas poligonales, como el género Gymnodinium, típico de las costas de Florida.

La célula que forma el cuerpo de los dinoflagelados es densa y más o menos granular; en ella se encuentran los pigmentos que les dan la coloración típica amarillo pardo, aunque también pueden ser azules, verdes o variar incluso dentro de una misma especie, con tonos de gran belleza.

También se localiza un pequeño organoide fotorreceptor llamado "mancha ocular", en forma de una lente con pigmento, que le permite percibir cambios de intensidad luminosa y llevar a cabo sus migraciones verticales durante el día y la noche, las cuales pueden ser muy grandes, desplazándose en ocasiones hasta 60 metros, es decir, casi dos millones de veces el tamaño de su cuerpo.

La célula presenta ciertos espacios denominados vacuolas, los cuales van ocupados por agua y sustancia de reserva. En especial una de ellas llama la atención por grande y bien definida; ésta tiene función excretora, con la cual el organismo expulsa las sustancias de desecho.