La morfologia degli Opisthoproctidae varia tra tre forme principali: i corpulenti e profondi barreleyes dei generi Opisthoproctus e Macropinna, i pesci fantasma estremamente snelli e allungati dei generi Dolichopteryx e Bathylychnops, e i pesci fantasma fusiformi intermedi dei generi Rhynchohyalus e Winteria.
Tutte le specie hanno grandi occhi telescopici, che dominano e sporgono dalla testa, ma sono racchiusi in una grande cupola trasparente di tessuto morbido. Questi occhi guardano generalmente verso l’alto, ma possono anche essere diretti in avanti. L’occhio opistoprotico ha una grande lente e una retina con un complemento eccezionalmente alto di cellule di bastoncello e un’alta densità di rodopsina (il pigmento “viola visivo”); non sono presenti cellule coniche. Per meglio servire la loro visione, i barreleyes hanno grandi teste trasparenti a forma di cupola; questo presumibilmente permette agli occhi di raccogliere ancora più luce incidente e probabilmente protegge gli occhi sensibili dalle nematocisti (cellule urticanti) dei sifonofori, da cui si ritiene che il barreleye rubi il cibo. Può anche servire come lente accessoria (modulata da muscoli intrinseci o periferici), o rifrangere la luce con un indice molto vicino all’acqua di mare. Dolichopteryx longipes è l’unico vertebrato conosciuto ad usare uno specchio (così come una lente) nei suoi occhi per mettere a fuoco le immagini.
La bocca senza denti è piccola e terminale, terminante in un muso appuntito. Come nelle famiglie affini (per esempio Argentinidae), un organo epibranchiale o crumenale è presente dietro il quarto arco branchiale. Questo organo – analogo al ventriglio – è costituito da un piccolo diverticolo in cui si inseriscono e si interdigitano i rakers branchiali allo scopo di macinare il materiale ingerito. Il corpo vivo della maggior parte delle specie è di colore marrone scuro, coperto di grandi squame imbricate argentee, ma queste sono assenti nel Dolichopteryx, lasciando il corpo stesso di un bianco trasparente. In tutte le specie, un numero variabile di melanofori scuri colorano il muso, la superficie ventrale e la linea mediana.
Sono inoltre presenti in Dolichopteryx, Opisthoproctus e Winteria una serie di organi luminosi; Dolichopteryx ne ha diversi lungo la lunghezza del ventre, e Opisthoproctus ha un singolo organo a forma di tasca rettale. Questi organi brillano di una luce debole dovuta alla presenza di batteri simbiotici bioluminescenti, in particolare, Photobacterium phosphoreum (famiglia Vibrionaceae). Le superfici ventrali delle specie di Opisthoproctus sono caratterizzate da una “suola” appiattita e sporgente; nella pancia a specchio (Opisthoproctus grimaldii) e nell’Opisthoproctus soleatus, questa suola può agire come un riflettore, dirigendo la luce emessa verso il basso. I ceppi di P. phosphoreum presenti nelle due specie di Opisthoproctus sono stati isolati e coltivati in laboratorio. Attraverso l’analisi del polimorfismo dei frammenti di restrizione, è stato dimostrato che i due ceppi differiscono solo leggermente.
In tutte le specie, le pinne sono senza spine e abbastanza piccole; in Dolichopteryx, tuttavia, le pinne pettorali sono molto allungate e alate, estendendosi per circa metà della lunghezza del corpo, e sono apparentemente utilizzate per il mantenimento della stazione nella colonna d’acqua. Le pinne pettorali sono inserite in basso sul corpo, e in alcune specie, le pinne pelviche sono inserite ventrolateralmente piuttosto che strettamente ventralmente. Diverse specie possiedono anche una pinna adiposa ventrale o dorsale, e la pinna caudale è forcuta o emarginata. La pinna anale è presente o molto ridotta, e può non essere visibile esternamente; è fortemente retrorsa in Opisthoproctus. Una singola pinna dorsale ha origine leggermente prima o direttamente sopra la pinna anale. Una gobba percettibile nel dorso inizia appena dietro la testa. La vescica gassosa è assente nella maggior parte delle specie, e la linea laterale è ininterrotta. I raggi branchiostegali (raggi ossei che sostengono le membrane branchiali dietro la mascella inferiore) sono da due a quattro. Il pesce fantasma giavellotto (Bathylychnops exilis) è di gran lunga la specie più grande con 50 centimetri di lunghezza standard; la maggior parte delle altre specie sono sotto i 20 centimetri.