La plupart des poissons-chats sont adaptés à un mode de vie benthique. En général, ils sont peu dynamiques, ce qui signifie qu’ils vivent principalement dans la zone inférieure en raison de leur petite vessie natatoire et leur crâne particulièrement lourd. Il existe une grande variété de formes chez les Siluriformes, même si la plupart ont un corps cylindrique avec un ventre plat permettant l’alimentation benthique.
Leur tête aplatie leur permet de creuser le substrat et peut-être leur sert d’hydroglisseur. La plupart des poissons-chats ont une bouche extensible qui ne contient pas de dents incisives. Ils s’alimentent généralement par succion ou par aspiration au lieu de mordre et de couper leurs proies. Toutefois, certaines familles, notamment des Loricariidés et des Astroblepidés, ont une bouche en ventouse qui leur permettent de se fixer à des objets se déplaçant rapidement dans l’eau. Les poissons-chats ont également une maxillaire réduite à un soutien à barbillons, ce qui signifie qu’ils sont incapables de faire saillir leur bouche, contrairement à d’autres poissons, tel que les carpes.
Les poissons-chats possèdent jusqu’à quatre paires de barbillons : nasal, maxillaire (de chaque côté de la bouche), et deux paires de barbillons au menton, bien que des paires de barbillons peuvent être absentes, selon les espèces. Leurs barbillons jouent un rôle important dans la détection de la nourriture compensant leurs petits yeux très peu performants. Ils sont particulièrement importants chez les espèces nocturnes ou celles qui affectionnent les zones sombres et ombragées ou les eaux troubles. Comme d’autres Ostariophysi, ils se caractérisent par la présence d’un appareil de Weber. Leur appareil wébérien et leur petite vessie permettent d’améliorer leurs sens ainsi que leur reproduction.
Les poissons-chats n’ont pas d’écailles, leur corps est souvent doté d’une simple peau. Chez certaines espèces, la peau est couverte d’un mucus favorisant la respiration cutanée. Mais chez certains poissons-chats, la peau est couverte de plaques osseuses appelées scutes formant une sorte d’armure. On la trouve notamment chez les loricarioidés et chez les espèces du genre Sisor d’Asie, l’armure est principalement composée d’une ou de plusieurs rangées de plaques dermiques. Des plaques semblables se trouvent chez des espèces de Lithodoras. Ces plaques sont peut-être soutenues par des excroissances des vertèbres, comme chez les scoloplacidés et les Sisor, mais les excroissances ne s’unifient pas en plaques ou en forme d’armure externe. En revanche, dans les sous-familles Doumeinae (famille Amphiliidae) et hoplomyzontines (Aspredinidae), l’armure est formée uniquement par des excroissances vertébrales qui forment des plaques. Enfin, l’armure latérale des doradidés, des Sisor et des Hoplomyzontines compose la ligne latérale de l’osselet hypertrophié avec la lamina dorsale et ventrale.
Tous les poissons-chats, à l’exception des Malapteruridés (poissons-chats électriques), possèdent une colonne vertébrale solide et creuse formant des rayons osseux aux nageoires dorsale et pectorale. Pour se défendre, ses épines peuvent être exorbitées et maintenues vers l’extérieur et peuvent infliger de graves blessures. Plusieurs espèces de poissons-chats peuvent utiliser ces rayons osseux comme une piqûre de protéines, si le poisson est irrité. Ce venin est produit par les cellules glandulaires dans le tissu épidermique couvrant les épines. Chez les Plotosidés, et chez les espèces du genre Heteropneustes, cette protéine est si forte que si un homme a le malheur de se faire piquer, notamment par celle de Plotosus lineatus, elle peut s’avérer fatale.
Les poissons-chats juvéniles, comme la plupart des poissons, ont relativement une grosse tête, les yeux et les nageoires postérieures sont médianes par rapport aux adultes. Ces jeunes peuvent être facilement classés dans leur famille, en particulier ceux avec des nageoires dérivés ou la forme du corps; dans certains cas, l’identification du genre est possible. Les caractéristiques connus chez la plupart des poissons-chats, la position de la bouche et des nageoires, la forme des nageoires, la longueur des barbillons montrent peu de différence entre les jeunes et les adultes. Pour de nombreuses espèces, la pigmentation est également similaire chez les jeunes et les adultes. Ainsi, les jeunes ressemblent généralement déjà à un poisson-chat et se développent dans leur forme adulte sans véritables distinctions. Les exceptions à cette règle sont les Ariidés, où les jeunes conservent longtemps leur sac vitellin durant le stade juvénile, et de nombreux Pimelodidés, qui peuvent avoir des barbillons plus allongés et des nageoires en filaments ou une coloration variante.
Le dimorphisme sexuel est visible chez environ la moitié des familles de poissons-chats. La modification de la nageoire anale en pénis, ainsi qu’en structures accessoires de l’appareil de reproduction a été décrite chez des espèces appartenant à 11 familles différentes.