La principal característica del ajolote mexicano es el mantenimiento de los rasgos larvales aún en la adultez, fenómeno biológico que se conoce como neotenia. En este sentido, en un ajolote adulto se podrán observar estructuras comunes de una larva, como la aleta dorsal que recorre casi todo el cuerpo y tres pares de branquias que sobresalen de la base de la cabeza hacia atrás y se asemejan a unas plumas. Todo lo anterior se resume en que este anfibio no desarrolla metamorfosis, siendo una particularidad de estos animales.
El tamaño promedio del ajolote mexicano es generalmente de 15 cm, aunque puede medir más, pero no sobrepasa los 30 cm. Las patas son cortas, las delanteras tienen cuatro dedos, mientras que las traseras tienen cinco y no desarrolla uñas. La cabeza es tanto ancha como robusta, los ojos pequeños, sin parpados; el cuerpo alargado y aplanado de cada lado. Por lo general, la piel es lisa aunque puede tener algunas zonas rugosas que solo se aprecian de cerca.
La otra característica peculiar del ajolote es su coloración, ya que en estado silvestre sus tonalidades son oscuras, apreciándose como negro, gris, marrón o verde intenso. Sin embargo, este animal gracias a la expresión de diversos genes para el color y por cruces selectivos, en cautiverio puede mostrar una diversidad de tonalidades disimiles entre sí. De este modo que podemos encontrar ajolotes negros, albinos, albinos rosados, albinos blancos, albinos dorados y leucísticos (blancos de ojos negros).