Biflagellate Einzelzellen mit verlängerten Armen. Süßwasserarten haben einen länglichen vorderen Arm und zwei oder drei etwas kürzere hintere Arme (‚Hörner‘). Marine Arten variieren von fast linear mit einem vorderen und einem hinteren Arm bis zu ankerförmig mit zwei vorderen und einem hinteren Arm.

Zellen einiger Arten sind mit relativ dicken Zelluloseplatten gepanzert und erstrecken sich bis in die länglichen „Hörner“. Eine seitliche umlaufende Rille (‚Cingulum‘) ist offensichtlich und kann entweder äquatorial oder zu einem Ende der Zelle verschoben sein. Eine zweite Nut (‚Sulcus‘) steht senkrecht zum auf der Zelloberfläche liegenden Cingulum.

Beide Flagellen treten aus der Verbindung von Cingulum und Sulcus aus, wobei eine entlang des Sulcus, der die Zelle drückt, nach hinten ragt, die andere um die Zelle innerhalb des Cingulums gewickelt ist und eine rotatorische Bewegung der Zelle ermöglicht.

Zahlreiche diskoide Chloroplasten befinden sich in der gesamten Zelle. Ein großer Kern ist zentral gelegen.

Die Zellteilung erfolgt in beweglichen Zellen. Eine Tochterzelle erbt die Epitheca und regeneriert eine neue Hypotheca, und das Gegenteil geschieht mit der anderen Tochterzelle. Dies ähnelt der Regeneration von Kieselalgenzellen, aber die beiden Tochterzellen haben eine unterschiedliche Morphologie (wie bei Monoraphe-Kieselalgen).

Ceratiumzellen sind photosynthetisch, enthalten aber auch Vakuolen, die auf eine Phagotrophie hindeuten.

Aplanosporen (keine Flagellen) sind häufig, oft nach Blüten. C. hirundinella hat eckige Sporen, die nicht kernig, dickwandig und mit Glykogen als Speicherreserve gefüllt sind. Wie die meisten Sporen sind sie resistent gegen Austrocknung und bleiben jahrelang lebensfähig. Wenn sie keimen, bilden sie eine Zoospore (geißelt), die als kugelförmige Zelle (ähnlich Gymnodinium) beginnt und sich innerhalb weniger Stunden zur typischen gehörnten Zelle entwickelt.