La mayoría de los Lobopodia miden solo unos pocos centímetros de longitud, aunque existen excepciones notables entre las formas cámbricas gigantes, como los anomalocarídidos, que en su momento se consideraron parte de Lobopodia antes de ser reclasificados. Los cuerpos de Lobopodia son segmentados, aunque los segmentos pueden ser difíciles de distinguir debido a su pequeño tamaño y estrecho espaciamiento, de apenas 0,2 mm. Tanto el cuerpo como los apéndices de Lobopodia son circulares en sección transversal, lo que sugiere una estructura blanda y flexible.

La cabeza de Lobopodia suele ser bulbosa y simple, aunque en los anomalocarídidos y géneros afines —que antiguamente se incluían dentro de Lobopodia— la región cefálica es mucho más compleja, con ojos desarrollados, apéndices frontales articulados y una boca rodeada de hileras de dientes. En contraste, los lobópodos xenusios, un subgrupo dentro de Lobopodia, carecen de estas estructuras avanzadas, aunque algunas especies poseen apéndices cercanos a la cabeza. En ciertos Lobopodia, como Miraluolishania haikouensis, se ha demostrado que los ojos eran similares a los de los artrópodos modernos, lo que refuerza la idea de que Lobopodia ocupa una posición intermedia en la evolución de los panartrópodos.

El tronco está dividido en segmentos poco definidos, que pueden presentar estructuras externas como espinas, placas o lóbulos laterales. Estas variaciones reflejan la diversidad ecológica y funcional dentro de Lobopodia. Los apéndices locomotores, o lobópodos, son cónicos y más gruesos en la región central del cuerpo, cerca de la cabeza y de la cola. Las uñas de Lobopodia son ligeramente curvadas y desproporcionadamente pequeñas en relación con los apéndices. Además, los lobópodos pueden presentar espinas, tubérculos o protuberancias, dependiendo del género, lo que sugiere adaptaciones defensivas o locomotoras.

El sistema digestivo es simple: un intestino recto con tubos indiferenciados, que en algunos fósiles aparece lleno de sedimento, lo que indica que estos animales ingerían partículas del sustrato. En algunos Lobopodia se han encontrado glándulas digestivas semejantes a divertículos, lo que sugiere una mayor complejidad interna. En géneros como Paucipodia, el intestino es ancho y variable, y su posición dentro de la cavidad corporal es flexible.

La mayoría de las especies de Lobopodia eran animales filtradores, especialmente las pertenecientes al orden Luolishaniida, que poseían entre cinco y seis pares de apéndices especializados en la filtración de alimento. Estos Lobopodia filtradores utilizaban sus apéndices para capturar partículas suspendidas en el agua. En contraste, otras especies de Lobopodia, como los anomalocarídidos, eran depredadores activos, equipados con apéndices frontales espinosos y bocas armadas con dientes radiales. Al igual que los panartrópodos actuales, Lobopodia mudaba su exoesqueleto mediante ecdisis, lo que indica que ya poseía un ciclo de crecimiento segmentado.

El registro fósil incluye formas del Cámbrico y del Silúrico. Muchos Lobopodia poseen numerosas patas, mientras que otros presentan lóbulos laterales en lugar de apéndices, como ocurre en los dinocarídidos. Algunos Lobopodia tienen placas blindadas que cubren el cuerpo y la cabeza, lo que reduce su flexibilidad pero aumenta su protección. En ocasiones, estas placas están acompañadas de espinas defensivas. Lobopodia incluye formas ancestrales del Cámbrico, así como los onicóforos actuales, que representan los últimos descendientes vivos de este linaje.

Un descubrimiento especialmente importante para Lobopodia fue el de Diania cactiformis en 2011, en los esquistos de Maotianshan, datado en el Cámbrico Inferior. Diania presenta extremidades articuladas cubiertas por un exoesqueleto rígido, una característica esencial de los artrópodos. Este hallazgo sugiere que los artrópodos podrían haber evolucionado a partir de formas similares a Lobopodia, lo que convierte a Diania en un fósil clave para comprender el origen de los artrópodos.

Entre los géneros más conocidos de Lobopodia se encuentra Aysheaia, descubierto en los esquistos de Burgess, considerado el lobópodo más parecido a los onicóforos modernos. Aysheaia posee un par de apéndices cefálicos que podrían ser precursores de las antenas actuales. Xenusion, otro género de Lobopodia, aparentemente era capaz de enrollarse sobre sí mismo y poseía espinas orientadas hacia el exterior, lo que sugiere una estrategia defensiva. Sin embargo, los Lobopodia más famosos son los del género Hallucigenia, célebres por su extraña apariencia. Durante mucho tiempo, Hallucigenia fue reconstruida al revés, con las espinas interpretadas como patas y las patas como protuberancias dorsales. Investigaciones posteriores demostraron que esta reconstrucción era incorrecta y que Hallucigenia había sido literalmente invertida en su interpretación. Incluso la orientación anterior-posterior fue mal entendida inicialmente, lo que convirtió a Hallucigenia en un símbolo de la experimentación evolutiva del Cámbrico.

Lobopodia, con su diversidad morfológica, su posición evolutiva intermedia y su papel fundamental en el origen de los artrópodos, representa uno de los grupos más fascinantes del registro fósil. Su estudio continúa revelando cómo surgieron los cuerpos segmentados, los apéndices articulados y las estructuras que caracterizan a los panartrópodos modernos.