พะยูนมีรูปร่างคล้ายแมวน้ำขนาดใหญ่ที่อ้วนกลมเทอะทะ ครีบมีลักษะคล้ายใบพายซึ่งมีวิวัฒนาการมาจากขาหน้าใช้สำหรับพยุงตัวและขุดหาอาหาร ไม่มีครีบหลัง ไม่มีใบหู ตามีขนาดเล็ก ริมฝีปากมีเส้นขนอยู่โดยรอบ ตัวผู้บางตัวเมื่อเข้าสู่วัยรุ่นจะมีฟันคู่หนึ่งงอกออกจากปากคล้ายงาช้าง ใช้สำหรับต่อสู้เพื่อแย่งคู่กับใช้ขุดหาอาหาร ในตัวเมียมีนมอยู่ 2 เต้า ขนาดเท่านิ้วก้อย ยาวประมาณ 2 เซนติเมตร อยู่ถัดลงมาจากขาคู่หน้า สำหรับเลี้ยงลูกอ่อน มีลำตัวและหางคล้ายโลมา สีสันของลำตัวด้านหลังเป็นสีเทาดำ หายใจทางปอด จึงต้องหายใจบริเวณผิวน้ำ 1–2 นาที อายุ 9–10 ปี สามารถสืบพันธุ์ได้ เวลาท้อง 9–14 เดือน ปกติมีลูกได้ 1 ตัว ไม่เกิน 2 ตัว แรกเกิดยาว 1 เมตร หนัก 15–20 กิโลกรัม ใช้เวลาตั้งท้องประมาณ 1 ปี กินนมและหญ้าทะเลประมาณ 2–3 สัปดาห์ หย่านมประมาณ 8 เดือน อายุประมาณ 70 ปี โดยแม่พะยูนจะดูแลลูกไปจนโต ขนาดเมื่อโตเต็มที่ประมาณ 2 เมตร ถึง 3 เมตร น้ำหนักเต็มที่ได้ถึง 300 กิโลกรัม

พะยูนสามารถกลั้นหายใจใต้น้ำได้นานราว 20 นาที เมื่อจะนอนหลับพักผ่อน พะยูนจะทิ้งตัวลงในแนวดิ่ง และนอนอยู่นิ่ง ๆ กับพื้นทะเลราว 20 นาที ก่อนจะขึ้นมาหายใจอีกครั้งหนึ่ง

อาหารของพะยูน ได้แก่ หญ้าทะเลที่ขึ้นตามแถบชายฝั่งและน้ำตื้น โดยพะยูนมักจะหากินในเวลากลางวัน และใช้เวลานานถึง 8 ชั่วโมงต่อวัน[5] พฤติกรรมการหากินจะคล้ายกับหมู โดยจะใช้ครีบอกและปากดุนพื้นทรายไถไปเรื่อย ๆ จนบางครั้งจะเห็นทางยาวตามชายหาด จากพฤติกรรมเช่นนี้ พะยูนจึงได้ชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า "หมูน้ำ" หรือ "หมูดุด" ในแถบจังหวัดจันทบุรี[6] บางตัวที่เชื่องกับมนุษย์อาจเกาะกินตะไคร่บริเวณใต้ท้องเรือได้[7]