Ein Kugelfisch hat einen großen, runden Kopf mit hervorstehenden Augen und einem kleinen Mund mit verschmolzenen Zähnen zum Zerkleinern von Beute. Sein Körper ist oval oder rund mit dünner, elastischer Haut, die kleine Stacheln haben kann. Er hat fünf Flossen: zwei Rückenflossen, zwei Brustflossen und eine Afterflosse.
Sein markantestes Merkmal ist ein aufblasbarer Sack. Indem er Wasser oder Luft schluckt, dehnt sich der Fisch zu einer Kugel aus, um Fressfeinde abzuschrecken. Der fächerförmige Schwanz unterstützt Schub und Manövrierfähigkeit. Interne Organe umfassen Systeme für Verdauung, Atmung, Fortpflanzung und Auftriebskontrolle.