As diatomáceas são algas geralmente unicelulares que formam, por vezes, colónias. Possuem uma parede siliciosa perfurada, a qual constitui a carapaça do organismos. A carapaça, designada por frústula, é uma estrutura de forma variada constituída por duas valvas e peças intermédias de ligação.

A frústula é bastante densa o que promove o afundamento dos organismos. Estes contrariam a tendência para afundarem armazenando óleo em vesículas, o qual, por ser menos denso do que a água, lhes confere flutuabilidade. Muitas diatomáceas são alongadas e estreitas e possuem espinhos que as auxilia a flutuar. Outras formam colónias de diversos tipos, normalmente com configurações que as ajuda a flutuar.

As valvas exibem normalmente uma ornamentação exuberante e delicada, a qual confere grande beleza a estes organismos e os torna bastante procurados por biólogos, e não só, em todo o mundo. A maneira como a ornamentação se dispõe à superfície da valva fundamenta a divisão das diatomáceas em dois tipos: as cêntricas e as pinuladas. As diatomáceas cêntricas possuem ornamentação com simetria radial e existe uma maior diversidade no meio marinho. Por seu turno, as diatomáceas pinuladas são geralmente alongadas e possuem ornamentação com simetria bilateral. Existe uma maior diversidade em água doce.

A reprodução nas diatomáceas ocorre tanto por processos assexuados como sexuados. A reprodução assexuada envolve a divisão da célula, paralelamente às valvas. Algumas produzem também esporos de resistência.