Тело гастротрих бутылковидное или вытянутое, с ресничным эпителием на вентральной поверхности. Размеры не превышают 1,0—1,5 мм. Движутся при помощи ресничек, которые нередко образуют пучки. На заднем конце тела обычно имеется пара трубочек, при помощи которых они могут временно прикрепляться к субстрату.
Кожный эпителий выделяет тонкую эластичную кутикулу, Покрывающую все тело, даже реснички. На спинной поверхности кутикула образует чешуйчатый покров. Под кожей залегают лучки продольной мускулатуры и отдельные кольцевые мышечные клетки.
Первичная полость тела слабо выражена и частично заполнена крупными опорными клетками. Кишечник состоит из трех отделов: переднего, представленного глоткой, железистого — среднего и короткого заднего отдела, заканчивающегося анусом. У некоторых видов задний отдел кишечника отсутствует и средняя кишка непосредственно открывается анусом наружу.
Выделительная система представлена парными протонефридиями, выполняющими в значительной степени функцию осморегуляции.
Нервная система типа ортогон и состоит из ганглиозного скопления окологлоточного кольца, от которого отходят два развитых боковых нервных тяжа. Органами чувств служат боковые обонятельные ямки и отдельные осязательные сенсиллы.
Половая система может быть раздельнополой или гермафродитной. Гонады преимущественно парные, половое отверстие непарное. Оплодотворение внутреннее. Гастротрихи откладывают яйца. Развитие у них прямое.
Таким образом, в организации гастротрих сочетаются особенности, характерные для первичнополостных червей (схизоцель, три отдела кишечника, глотка с трехгранным просветом, наличие кутикулы, продольных мышц, постоянство клеточного состава) с примитивными признаками, общими с ресничными червями (кожа с участками ресничного эпителия, элементы кольцевых мышц, наличие крупных паренхиматозных клеток в полости тела, случаи гермафродитизма, протонефридии).
