ผีเสื้อเป็นแมลงพวกหนึ่งแตกต่างจากพวกนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ตรงที่ไม่มีโครงกระดูกอยู่ภายใน ลำตัวประกอบด้วยวงแหวนหลายวงต่อกัน เชื่อมยึดด้วยเยื่อบางๆเพื่อการเคลื่อนไหวได้สะดวก เปลือกนอกแข็งเป็นสารพวกไคทิน(chitin) ภายในเปลือกแข็ง เป็นที่ยึดของกล้ามเนื้อที่ใช้ในการเคลื่อนที่ ลำตัวของผีเสื้อเป็นวงแหวนเชื่อมต่อกัน ๑๔ ปล้องปล้องแรกเป็นส่วนหัว (head) ปล้องที่ ๒,๓ และ ๔ เป็นส่วนอก (thorax) และปล้องที่เหลือทั้งหมดเป็นส่วนท้อง (abdomen)
ส่วนหัวมีตารวม (compound eye) ใหญ่คู่หนึ่ง ตรงบริเวณด้านข้างประกอบด้วยเลนส์เล็กๆหลายพันอัน ต่างจากตาของคนเราที่มีเพียงเลนส์เดียว ตารวมรับภาพที่เคลื่อนที่ได้เร็วเราจึงพบว่าผีเสื้อบินได้ว่องไว จับตัวได้ยาก บางทีอาจพบมีตาเดี่ยว (simple eye) ๒ ตา เชื่อกันว่า ใช้ในการรับรู้แสงว่ามืดหรือสว่าง
หนวดมี ๑ คู่ อยู่ระหว่างตารวม เป็นอวัยวะรูปยาวเรียวคล้ายเส้นด้าย ต่อกันเป็นข้อๆ ทำหน้าที่รับความรู้สึกในการดมกลิ่น
ข้างใต้ของส่วนหัว มีงวง (proboscis) ใช้ดูดอาหารเหลวพวกน้ำหวานดอกไม้และของเหลวอื่นๆ งวงจะม้วนเป็นวงคล้ายลานนาฬิกาเวลาไม่ได้ใช้ และจะคลายเหยียดออกเวลากินอาหารงวงประกอบขึ้นด้วยหลอดรูปครึ่งวงกลม ๒ หลอดมาเกี่ยวกันไว้ทางด้านข้างด้วยขอเล็กๆ เรียงเป็นแถว สองข้างของงวงมีอวัยวะที่มี ๓ ข้อต่อ ซึ่งเป็นอวัยวะส่วนปากที่เหลืออยู่เรียกว่า พัลป์ (palp) ยื่นออกมา
ส่วนอกประกอบด้วยปล้องต่อกัน ๓ ปล้อง รอยต่อระหว่างปล้องมักไม่ค่อยชัดเจนนัก เนื่องจากมีเกล็ดสีปกคลุมอก แต่ละปล้องมีขาปล้องละคู่ ส่วนปีกคู่หน้าและปีกคู่หลังติดอยู่บนอกปล้องกลางและอกปล้องสุดท้ายปีกของผีเสื้อเป็นแผ่นเยื่อบางๆ ประกบกัน มีเส้นปีกเป็นโครงร่างให้คงรูปอยู่ได้ ปกติผีเสื้อส่วนใหญ่จะมีเส้นปีกในปีกคู่หน้า ๑๒ เส้น และในปีกคู่หลัง ๙ เส้น การจัดเรียงของเส้นปีกเป็นลักษณะสำคัญในการแยกชนิดของผีเสื้อ พื้นที่ที่อยู่ระหว่างเส้นปีกเรียกว่า ช่องปีก (space) เรียกชื่อตามเส้นปีกที่พาดอยู่ตอนล่าง เช่น ช่องปีกที่อยู่ระหว่างเส้นปีกที่ ๓ กับเส้นปีกที่ ๔ เรียกว่า ช่องปีกที่ ๓ เกล็ดสีเล็กๆ บนปีกเรียงตัวกันเป็นแถวซ้อนกันแบบกระเบื้องมุงหลังคา นอกจากนี้ ยังมีเกล็ดพิเศษเรียกว่า แอนโดรโคเนีย (androconia) เกล็ดพิเศษนี้ตอนโคนต่อกับต่อมกลิ่น อาจอยู่กระจัดกระจายหรืออยู่เป็นกลุ่ม เรียกว่า แถบเพศ (brand) ทำหน้าที่กระตุ้นความต้องการทางเพศของตัวเมีย
ผีเสื้อบางพวกอาจมีจำนวนเส้นปีกน้อยกว่า หรือมากกว่า๑๒ เส้น บางพวกเหลือเพียง ๑๐ เส้น เส้นปีกส่วนมากจะเริ่มจากโคนปีกหรือจากเซลล์ปีก เซลล์ปีกเป็นบริเวณที่ว่างรูปสาม-เหลี่ยมอยู่บริเวณกลางปีก ค่อนไปทางด้านหน้า ถ้าปลายเซลล์มีเส้นปีกกั้นอยู่เรียกว่า เซลล์ปีกปิด แต่ถ้าไม่มีเส้นปีกกั้นเรียกว่าเซลล์ปีกเปิด บางเส้นจะแตกสาขามาจากเส้นอื่น ผีเสื้อในวงศ์ผีเสื้อบินเร็วมีเส้นปีกเป็นเส้นเดี่ยวไม่มีการแตกสาขาเลย
ขาของผีเสื้อเป็นข้อๆซึ่งแต่ละขาแบ่งออกได้เป็น ๕ ส่วน นับจากที่ติดกับลำตัวจะเป็นโคนขา (coxa) ข้อต่อโคนขา(trochanter) ต้นขา (femur) ปลายขา (tibia) และข้อเท้า(tarsus) มีเล็บเป็นจำนวนคู่ที่ปลายข้อเท้า
ผีเสื้อหลายวงศ์มีขาคู่หน้าเสื่อมไปมาก จนไม่มีส่วนของข้อเท้า เห็นเป็นกระจุกขนอยู่เป็นพู่ บางวงศ์จะพบลักษณะเช่นนี้ในเพศผู้เท่านั้น ผีเสื้อในวงศ์ผีเสื้อหางติ่งมีกระจุกขนเล็กๆอยู่ทางตอนในของปลายขา และผีเสื้อหนอนกะหล่ำมีเล็บถึง๔ เล็บ แทนที่จะมีเพียง ๒ เล็บเหมือนผีเสื้ออื่นๆ
ส่วนท้องต่อมาจากส่วนอก รูปร่างยาวเรียว ค่อนข้างอ่อนกว่าส่วนอก ตอนปลายเป็นอวัยวะที่ใช้ในการสืบพันธุ์อวัยวะสืบพันธุ์นี้มีความแตกต่างกันออกไปในแต่ละชนิด จึงเป็นลักษณะสำคัญในการจำแนกผีเสื้อกลุ่มที่มีลักษณะภายนอกคล้ายกันมากๆ เช่น ผีเสื้อเณร (สกุล Euma)
