Unicellules biflagellées à bras étendus. Les espèces d’eau douce ont un bras antérieur allongé et deux ou trois bras postérieurs un peu plus courts (« cornes »). Les espèces marines varient de presque linéaires avec un bras antérieur et un bras postérieur, à en forme d’ancre avec deux bras antérieur et un bras postérieur.

Les cellules de certaines espèces sont blindées avec des plaques de cellulose relativement épaisses et s’étendent dans les « cornes » allongées. Une rainure latérale enveloppante (« cingulum ») est évidente et peut être équatoriale ou déplacée vers une extrémité de la cellule. Une deuxième rainure (« sulcus ») est perpendiculaire au cingulum situé à la surface de la cellule.

Les deux flagelles émergent de la jonction du cingulum et du sulcus, l’un faisant saillie vers l’arrière le long du sulcus qui pousse la cellule, l’autre enroulé autour de la cellule à l’intérieur du cingulum permettant un mouvement de rotation de la cellule.

De nombreux chloroplastes discoïdes sont situés dans toute la cellule. Un grand noyau est situé au centre.

La division cellulaire se produit dans les cellules mobiles. Une cellule fille hérite de l’épithèque et régénère une nouvelle hypothèque, et l’inverse se produit avec l’autre cellule fille. Ceci est similaire à la régénération des diatomées, mais les deux cellules filles ont une morphologie différente (comme chez les diatomées monoraphes).

Les cellules de cératium sont photosynthétiques mais contiennent également des vacuoles qui suggèrent une phagotrophie.

Les aplanospores (pas de flagelles) sont courantes, souvent après la floraison. C. hirundinella a des spores angulaires qui sont uninucléées, à paroi épaisse et remplies de glycogène comme réserve de stockage. Comme la plupart des spores, elles résistent à la dessiccation et restent viables pendant des années. Lorsqu’ils germent, ils forment une zoospore (flagellée) qui commence comme une cellule sphérique (similaire au Gymnodinium) qui se développe en quelques heures dans la cellule cornue typique.