Los Killis poseen un conjunto de caracteres morfológicos y biológicos que les distinguen de otras familias. El poseer dientes: las mandíbulas y la faringe están bordeadas de pequeños dientes cónicos que pueden poseer varias cúspides (carácter sistemático). La boca generalmente es pequeña y protráctil. Excepción sería por ejemplo Meg.iprognathus. La parte superior de la cabeza suele ser aplastada, de forma más acentuada en los que son marcadamente peces de superficie. La mandíbula superior está formada solamente por el hueso premaxilar, con poca movilidad, careciendo del maxilar, sólamente presente en la mandíbula inferior que es claramente móvil y como se ha dicho antes protráctil, es decir se puede proyectar hacia adelante cuando se capturan alimentos.
Son de pequeña talla, de 20 a 400 mm. y por término medio de entre 40 a 60 mm. El cuerpo por lo general es de forma cilíndrica aunque a veces es más alto que ancho, y recubierto de escamas cicloides (lo cual constituye también un carácter primitivo) casi siempre grandes, presentando a veces pequeñas espinas (ctenas) con protuberancias en el borde externo (escamas ctenoides). Las aletas dorsal y anal están situadas en la parte posterior del cuerpo y la caudal presenta a veces forma de lira o estandarte (Aphyosemion, Pterolebias), otras veces prolongaciones de un par de filamentos (Aphyosemion, Procatopus, Maratecoara). Las aletas ventrales o pelvianas, tienen posición abdominal, es decir retrasadas en el cuerpo, muy cerca del ano, lo cual es un carácter primitivo. En los miembros más evolucionados llegan a ser torácicas las aletas pelvianas, es decir debajo de la cabeza junto a las pectorales. Esto ocurre en los Procatopodinos.
Carecen de aleta adiposa, lo mismo que toda traza de barbillas o barbillones. La línea lateral está compuesta de neuromastes (órganos sensibles) pudiendo ser completa, partida, incompleta o ausente en el cuerpo pero siempre presentes en la cabeza.