ถึงแม้เต่าทะเลจะดำรงชีวิตในทะเล แต่ก็ยังคงคุณลักษณะของสัตว์เลื้อยคลานทั่วไป เต่าทะเลมีกระดองเป็นเกล็ดปกคลุมร่างกายซึ่งได้วิวัฒนาการให้มีลักษณะเหมาะกับการว่ายน้ำ มีรูปทรงรีหรือรูปหัวใจ[1] แต่ทว่าทั้งหัวและขาของเต่าทะเลนั้นไม่สามารถที่จะหดเข้าไปในกระดองได้ อีกทั้งยังมีลำไส้ขนาดใหญ่ที่ช่วยในการย่อยอาหารได้ดียิ่งขึ้นรวมทั้งมีไขมันมากกว่าสัตว์เลื้อยคลานจำพวกอื่น เพื่อช่วยในการให้ความอบอุ่นแก่ร่างกาย ส่วนขาทั้งสี่ข้างถูกพัฒนาให้แบนคล้ายพายเพื่อช่วยในการว่ายน้ำให้ดียิ่งขึ้นกว่าเต่าน้ำทั่วไปที่มีแต่พังผืด โดยขาคู่หน้าใช้ในการผลักดันและพุ้ยน้ำ ส่วนคู่หลังใช้เป็นเหมือนหางเสือกำหนดทิศทาง เต่าทะเลบางตัวสามารถที่จะว่ายน้ำได้เร็วถึง 35 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือสามารถที่จะว่ายน้ำข้ามมหาสมุทรนับเป็นระยะทางกว่าร้อยไมล์

เต่าทะเลทุกชนิดมีการวิวัฒนาการตัวเองให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมในทะเลและลดการแก่งแย่งกันเอง เช่น การกินอาหารที่แตกต่างกัน ซึ่งเต่าทะเลกินได้ทั้งพืชและสัตว์ แต่ทว่าก็จะมีการกินที่แตกต่างออกไปในแต่ละชนิด การขึ้นมาวางไข่บนหาดที่มีลักษณะและช่วงเวลาที่แตกต่างกัน กระดองก็สามารถที่จะเปลี่ยนแปรได้ตามสิ่งแวดล้อม โดยในปัจจุบัน พบเต่าทะเลได้ในมหาสมุทรและทะเลทั่วโลก ยกเว้นมหาสมุทรใต้เท่านั้น