。小型的6毫米以下 。從結(jié)構(gòu)上可分為頭甲胸甲和尾甲三部分。三葉蟲體外包有一層外殼，堅硬的外殼為背殼及其向腹面延伸的腹部邊緣 。腹面的節(jié)肢為幾丁質(zhì)，其他部分都被柔軟的薄膜所掩蓋。一般所采到的三葉蟲化石都是背殼。三葉蟲背殼的中間部分稱為軸部或中軸，左、右兩側(cè)稱為肋葉或肋部。三葉蟲殼面光滑。或有陷孔、瘤包、斑點、放射形線紋、同心圓線紋、短刺等。頭部多數(shù)被兩條背溝縱分為三葉，中間隆起的部分為頭鞍及頸環(huán)^[1]，兩側(cè)為頰部，眼位于頰部。頰部為面線所穿過，兩面線之間的內(nèi)側(cè)部分統(tǒng)稱為頭蓋，兩側(cè)部分稱為活動頰或自由頰。胸部由若干胸節(jié)組成 ，形狀不一，成蟲2～40節(jié) 。中間部分為中軸，兩側(cè)稱為肋部。每個肋節(jié)上具肋溝，兩肋節(jié)間為間肋溝。尾部是由若干體 節(jié)互相融合而形成的 ，1～30節(jié)以上不等。形狀一般半圓形，但變化很大，可分為一中軸和兩肋部。肋部分節(jié)，有肋溝和間肋溝。肋部可具邊緣 ，邊緣上亦常有邊緣刺。

三葉蟲腹面的節(jié)肢極少保存為化石，迄今為止全世界已發(fā)現(xiàn)節(jié)肢化石的只有19個種。從奧陶紀(jì)到泥盆紀(jì)末的一些三葉蟲（比如裂肋三葉蟲目）進化出了非常巧妙的脊椎似的結(jié)構(gòu)。在摩洛哥就發(fā)現(xiàn)了這樣的化石。此外在俄羅斯西部、美國俄克拉何馬州以及加拿大安大略省也有帶脊椎結(jié)構(gòu)的化石被發(fā)現(xiàn)。這種脊椎結(jié)構(gòu)可能是對于魚的出現(xiàn)的一種抵抗反應(yīng)。

多數(shù)三葉蟲有眼睛，它們還有可能用來作味覺和嗅覺器官的觸角，觸須可達20至30厘米。三葉蟲^[1]的眼睛是 由方解石（碳酸鈣，CaCO?）組成的。結(jié)晶良好的純凈方解石（冰洲石）是透明的，有些三葉蟲使用單晶的、透明的方解石來組成其每只眼睛的透鏡。這與大多數(shù)其它節(jié)肢動物不同，球差，同時提供極好的視覺效果。

典型的三葉蟲眼睛是復(fù)眼，每個透鏡為一個拉長的棱鏡。