儒艮是海洋中唯一的草食性哺乳动物，与海牛目的其它动物如海牛的最大区别在于：海牛的尾部呈圆形，而儒艮尾部形状与海豚尾部相似。儒艮的头很大，头与身体的比例是海洋动物中最大的。嘴巨大而呈纵向，舌大，使其更利于进食海底植物而将沙子排除开。儒艮的气孔在头部顶端，平均15分钟换一次气。头部和背部皮肤坚硬、厚实。儒艮的体型大而呈纺锤状，体长约2.4至2.7公尺，3公尺以上的个体相当少见，一般而言雌性的体型会比雄性大一点。皮肤光滑，外观呈褐至暗灰色，腹部颜色较背部来得浅，体表毛发稀疏。颈部短，但仍能有限度的转动头部或点头。前肢短、呈鳍状，末端略圆而缺乏趾甲;胸鳍是幼儒艮主要的推进力来源，成年后则转变为以尾鳍为主。乳房1对，乳头位于前肢基部处。儒艮没有外耳壳，只看得到小小的耳孔，眼睛也很小。鼻孔位于吻部顶端，周围有皮膜可在潜水时盖住鼻孔。宽而扁平的嘴位于厚重吻部的末端下方，嘴边的短须是进食时的重要工具。

儒艮有2对门齿，上、下颚各有3对前臼齿与3对臼齿，但所有牙齿不会同时存在，随着年龄增长，它们会失去第1对门齿、所有的前臼齿与第1对臼齿，剩余的两对臼齿则会终生成长。雄性的第2对门齿在12-15岁时会穿透上颚外露，但当闭上嘴时会被厚重的上唇盖住而看不见;雌性极少见到外露的门齿，但少数会保留至30岁左右。儒艮的肺很大，从胸部一直延伸至肾脏附近，由水准的横隔膜将其与其他脏器分隔。支气管深入肺的大部分区域，细部分支少且大半由软骨构成，目前仍不清楚儒艮潜水时肺部是否会和鲸类一般有塌陷的情形。跟其他海洋哺乳动物比起来，它们的脂肪层厚度较薄，同时身体周边似乎不存在热逆流交换系统(heatcountercurrentexchangesystem，肢体末端的动脉与静脉紧邻以维持体热不散失的一种血管构造)，这可能与它们栖息于温暖海域有关。胃的构造简单，大肠很大(达胃的两倍重)，推测是纤维素的主要消化场所，长度达25公尺以上，相当于小肠两倍的长度。