La morphologie des Opisthoproctidae varie entre trois formes principales : les barreleyes robustes et au corps profond des genres Opisthoproctus et Macropinna, les spookfishes extrêmement minces et allongés des genres Dolichopteryx et Bathylychnops, et les spookfishes fusiformes intermédiaires des genres Rhynchohyalus et Winteria.
Toutes les espèces ont de grands yeux télescopiques, qui dominent et dépassent de la tête, mais sont enfermés dans un grand dôme transparent de tissus mous. Ces yeux regardent généralement vers le haut, mais peuvent aussi être dirigés vers l’avant. L’œil de l’opisthoproctide possède une grande lentille et une rétine avec un complément exceptionnellement élevé de cellules à bâtonnets et une forte densité de rhodopsine (le pigment « violet visuel ») ; aucune cellule à cône n’est présente. Pour mieux servir leur vision, les barreleys ont de grandes têtes transparentes en forme de dôme ; cela permet probablement aux yeux de capter encore plus de lumière incidente et protège probablement les yeux sensibles des nématocystes (cellules urticantes) des siphonophores, dont on pense que le barreleye vole la nourriture. Elle peut également servir de lentille accessoire (modulée par des muscles intrinsèques ou périphériques), ou réfracter la lumière avec un indice très proche de celui de l’eau de mer. Dolichopteryx longipes est le seul vertébré connu à utiliser un miroir (ainsi qu’une lentille) dans ses yeux pour focaliser les images.
La bouche édentée est petite et terminale, se terminant par un museau pointu. Comme dans les familles apparentées (par exemple les Argentinidae), un organe épibranchial ou crumenal est présent derrière le quatrième arc branchial. Cet organe, analogue au gésier, consiste en un petit diverticule dans lequel les branchies s’insèrent et s’interdigitent afin de broyer les matières ingérées. Le corps vivant de la plupart des espèces est brun foncé, couvert de grandes écailles argentées imbriquées, mais celles-ci sont absentes chez le Dolichopteryx, laissant le corps lui-même d’un blanc transparent. Chez toutes les espèces, un nombre variable de mélanophores foncés colorent le museau, la surface ventrale et la ligne médiane.
On trouve également chez les espèces Dolichopteryx, Opisthoproctus et Winteria un certain nombre d’organes lumineux ; Dolichopteryx en possède plusieurs sur la longueur de son ventre, et Opisthoproctus un seul organe sous la forme d’une poche rectale. Ces organes brillent d’une lumière faible due à la présence de bactéries symbiotiques bioluminescentes, plus précisément, Photobacterium phosphoreum (famille Vibrionaceae). La surface ventrale des espèces d’Opisthoproctus est caractérisée par une « sole » aplatie et saillante ; chez le ventre miroir (Opisthoproctus grimaldii) et Opisthoproctus soleatus, cette sole peut agir comme un réflecteur, en dirigeant la lumière émise vers le bas. Les souches de P. phosphoreum présentes dans les deux espèces d’Opisthoproctus ont été isolées et cultivées en laboratoire. Grâce à l’analyse du polymorphisme de la longueur des fragments de restriction, il a été démontré que les deux souches ne diffèrent que légèrement.
Dans toutes les espèces, les nageoires sont dépourvues d’épines et assez petites ; chez Dolichopteryx cependant, les nageoires pectorales sont fortement allongées et ressemblent à des ailes, s’étendant sur environ la moitié de la longueur du corps, et sont apparemment utilisées pour le maintien à poste dans la colonne d’eau. Les nageoires pectorales sont insérées bas sur le corps, et chez certaines espèces, les nageoires pelviennes sont insérées ventrolatéralement plutôt que strictement ventralement. Plusieurs espèces possèdent également une nageoire adipeuse ventrale ou dorsale, et la nageoire caudale est fourchue ou émarginée. La nageoire anale est soit présente, soit fortement réduite, et peut ne pas être visible extérieurement ; elle est fortement rétrorse chez Opisthoproctus. Une seule nageoire dorsale naît légèrement avant ou directement au-dessus de la nageoire anale. Une bosse perceptible dans le dos commence juste derrière la tête. La vessie gazeuse est absente chez la plupart des espèces, et la ligne latérale est ininterrompue. Les rayons branchiostégaux (rayons osseux soutenant les membranes branchiales derrière la mâchoire inférieure) sont au nombre de deux à quatre. L’espadon javelot (Bathylychnops exilis) est de loin la plus grande espèce, avec une longueur standard de 50 centimètres (20 in) ; la plupart des autres espèces mesurent moins de 20 centimètres (7,9 in).