Οι θαλάσσιες χελώνες, όπως οι άλλες χελώνες (Χελώνια) είναι εξώθερμα ερπετά και διαθέτουν αναπνευστικό σύστημα με πνεύμονες, το οποίο είναι μια προσαρμογή στην επίγεια ζωή.Η όρασή της είναι πολύ ανεπτυγμένη. Τα μάτια προστατεύονται με τρία βλέφαρα και η ακοή τους είναι ιδιαίτερα τελειποιημένη εξίσου, αν και δεν έχουν εξωτερικά αυτιά, αλλά ένα εσωτερικό αυτί, κάτω από μία ακουστική πλάκα. Η όσφρησή τους είναι ωστόσο αρκετά αναποτελεσματική. Οι θαλάσσιες χελώνες δεν έχουν παρά μία μόνο έξοδο για την απέκκριση η οποία χρησιμεύει επίσης για την αναπαραγωγή.
Το πεπλατυσμένο καβούκι τους, τους παρέχει καλύτερη υδροδυναμική και παίζει σημαντικό ρόλο στην προστασία, αλλά ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι τους επιτρέπει να αποθηκεύουν θερμότητα. Αυτή η προσαρμογή, που αποκτήθηκε μετά την επιστροφή τους στο θαλάσσιο περιβάλλον, τους επιτρέπει να καταδύονται σε μεγάλα βάθη, όπου η θερμοκρασία του νερού είναι χαμηλή. Έτσι όμως έχουν χάσει την ικανότητα να κρύβουν τα μέλη τους σ' αυτό. Όπως στις άλλες νεροχελώνες, τα καβούκια τους είναι ελαφρύτερα, διότι είναι εξοπλισμένα με βρέγματα. Οι Δερμοχελυίδες, οι μεγαλύτερες θαλάσσιες χελώνες, έχουν χάσει τα λέπια τους και το καβούκι τους καλύπτεται από παχύ δέρμα. Όπως οι υπόλοιπες χελώνες, δεν αλλάζουν τo δέρμα (έκδυση).
Σύμφωνα με κάποιες θεωρίες, το καβούκι τους, τουλάχιστον της δερματοχελώνας, τις βοηθά να διατηρούν την θερμοκρασία του σώματος όταν βουτούν σε μεγάλα βάθη με χαμηλές θερμοκρασίες. Αλλά αυτή η υπόθεση αμφισβητείται, λόγω του οτι τα ερπετά, ζώα ψυχρόαιμα, υποτίθεται ότι είναι ποικιλόθερμα.
Μπορούν να κολυμπούν γρήγορα και πολλά είδη είναι ικανά να αναπτύξουν ταχύτητα έως και 35 χλμ/ώρα· σε αντίθεση με τις χελώνες του γλυκού νερού, προχωρούν με ταυτόχρονη κίνηση των μπροστινών ποδιών. Οι κυριότερες απειλές που αντιμετωπίζει στην Ελλάδα είναι η οικολογική υποβάθμιση των οικοσυστημάτων που τη φιλοξενούν όπως: η οικιστική και τουριστική ανάπτυξη των παραλιών ωοτοκίας, ο τεχνητός φωτισμός που αποπροσανατολίζει τα μικρά, η διάβρωση των παραλιών και η κλιματική αλλαγή που απειλεί τα παραθαλάσσια οικοσυστήματά και τις παραλίες ωοτοκίας. Η παγίδευση σε αλιευτικά εργαλεία, οι τραυματισμοί από ταχύπλοα αλλά και η ηθελημένη θανάτωση από ορισμένους ψαράδες αποτελούν κάποιους επιπλέον ανθρωπογενείς κινδύνους.
Ενδεικτικά αναφέρεται ότι το 80% των ατόμων που εισήχθησαν για περίθαλψη στο Κέντρο Διάσωσης Θαλάσσιων Χελωνών στη Γλυφάδα, κατά το διάστημα 1994-2000, έφερε τραύματα που οφείλονταν σε αλιευτικά εργαλεία, καθώς και σε σκόπιμη κακοποίηση.
