Las distintas especies de Stethacanthus presentaban variaciones notables en su tamaño corporal. S. altonensis alcanzaba aproximadamente 1,5 metros de longitud, mientras que S. productus podía llegar a los 3 metros. A pesar de su aspecto general similar al de un tiburón moderno, el género es célebre por su inusual primera aleta dorsal, cuya silueta recuerda a un yunque o a una tabla de planchar. Esta estructura estaba recubierta por grandes dentículos dérmicos —versiones hipertrofiadas de los dentículos típicos de los elasmobranquios— que también se distribuían por la superficie dorsal de la cabeza.

La función de esta cresta dorsal ha sido objeto de múltiples interpretaciones. Entre las hipótesis más aceptadas se encuentran su papel en rituales de apareamiento, su posible uso para aferrarse al vientre de animales marinos de mayor tamaño o su utilidad como mecanismo defensivo para disuadir a depredadores. La combinación de la cresta y los dentículos orientados hacia delante habría generado una silueta intimidante, quizá imitando la boca abierta de un pez de gran tamaño.

Al igual que otros miembros de su grupo, Stethacanthus presentaba una combinación de rasgos anatómicos muy particulares. Entre ellos destacan sus cinturas pélvicas de morfología singular, la presencia de escamas monocoriales sin crecimiento, una aleta pectoral sustentada por un metapterigión provisto de un largo “látigo” cartilaginoso, y la característica primera aleta dorsal con espina asociada, conocida como complejo espina‑cepillo.

El neurocráneo mostraba una arquitectura igualmente distintiva: una plataforma suborbitaria estrecha, una plataforma supraorbitaria amplia, una región ótico‑occipital corta y órbitas de gran tamaño. La dentición era de tipo cladodonte, con dientes alineados con precisión en verticilos. Cada diente presentaba una cúspide principal acompañada por dos pares de cúspides accesorias, sumando cinco en total. Las bases dentarias eran más anchas en el lado lingual, y las cúspides medial y lateral mostraban un estriado más marcado. En sección transversal, los dientes revelan una transición abrupta de ortodentina a osteodentina, coronada por una fina capa de esmaltoide. Además de la dentición principal, la orofaringe estaba recubierta por dentículos bucofaríngeos, mientras que la cabeza y la superficie dorsal del complejo espina‑cepillo portaban dentículos monocúspides de mayor tamaño.

Las cinturas pélvicas de Stethacanthus consistían en láminas de cartílago prismático con forma de placas subtriangulares y bordes suavemente curvados. No existía una fusión entre ambas placas. Dentro de los estetacántidos se reconocen dos configuraciones: una condición primitiva, en la que el elemento metapterigial soporta solo uno o dos radiales y la mayoría de los radiales se insertan directamente en la placa pélvica; y una condición derivada, característica de Stethacanthus y otros simórridos, donde la placa pélvica se ensancha para sostener un número mucho mayor de radiales. Los machos poseían además ganchos pélvicos con extremos en forma de maza, compuestos por cartílago globular calcificado no prismático.

En Stethacanthus, el complejo espina‑cepillo ocupaba la posición equivalente a la primera aleta dorsal de otros peces cartilaginosos, aunque su morfología era completamente singular. La estructura incluía una placa basal que se prolongaba en una espina dorsal orientada generalmente hacia atrás, formada por dentina trabecular. Aunque estas espinas recuerdan a las de tiburones y rayas actuales, carecían de un recubrimiento superficial semejante al esmalte. La dentina trabecular mostraba parches de fibras que indican puntos de inserción muscular en la musculatura epaxial, lo que sugiere que la espina podía moverse en sentido anteroposterior.

El “cepillo” dorsal, lejos de ser una estructura fibrosa como se pensó inicialmente, estaba compuesto por una serie de túbulos membranosos paralelos formados por cartílago globular calcificado. Tanto la base del cepillo como la placa basal estaban recubiertas por una fina capa de hueso acelular. Zangerl propuso que estos túbulos podrían ser análogos a tejidos eréctiles en vertebrados modernos, lo que abre la posibilidad de que el complejo fuese inflable o modificable durante el comportamiento reproductivo.

La superficie del complejo espina‑cepillo estaba cubierta por hasta nueve filas de grandes dentículos orientados hacia delante, mientras que la región dorsal de la cabeza presentaba dentículos dirigidos hacia atrás. Esta disposición ha dado pie a la hipótesis de que, combinados, ambos conjuntos de dentículos podían generar la ilusión visual de la boca abierta de un pez de gran tamaño, actuando como mecanismo defensivo para disuadir depredadores. El complejo solo se ha documentado en machos adultos, lo que refuerza su posible papel en rituales de apareamiento o en la selección sexual. Aún se desconoce si las hembras poseían una versión reducida o si carecían por completo de esta estructura.

Las aletas pectorales de Stethacanthus estaban sustentadas por un metapterigión triangular similar al observado en tiburones actuales, pero incorporaban además una estructura adicional muy característica: un látigo de aleta alargado. Este látigo estaba formado por al menos 22 cartílagos axiales dispuestos en serie y se extendía más allá de las aletas pélvicas. Los tres axiales anteriores eran más cortos que los posteriores, aunque la función exacta de esta prolongación sigue siendo desconocida. Entre las hipótesis propuestas se encuentra su posible papel en el comportamiento reproductivo, quizá como elemento táctil o de sujeción durante el apareamiento.

La dentición de Stethacanthus presentaba limas dentarias en forma de verticilo, mientras que el palatocuadrado mostraba un contorno festoneado con seis o siete recesos destinados a alojar las familias dentarias. Los dientes individuales estaban ampliamente espaciados dentro de cada verticilo y correspondían al tipo cladodonte. Cada diente poseía una cúspide principal acompañada por dos pares de cúspides accesorias, sumando cinco en total. Las bases dentarias eran más anchas en el lado lingual, y las cúspides medial y lateral eran las más marcadamente estriadas. En sección transversal, los dientes revelaban una transición abrupta entre ortodentina y osteodentina, coronada por una capa única de esmaltoide. Además de la dentición funcional, la orofaringe estaba recubierta por dentículos bucofaríngeos, mientras que la cabeza y la superficie superior del complejo espina‑cepillo portaban dentículos monocúspides alargados de mayor tamaño que los dientes propiamente dichos.

En Stethacanthus, las cinturas pélvicas estaban formadas por láminas de cartílago prismático con forma de placas subtriangulares y bordes suavemente curvados. El margen anterior era ligeramente cóncavo, mientras que el posterior mostraba una convexidad más marcada. No existía fusión entre ambas placas. Dentro de los estetacántidos se distinguen dos configuraciones pélvicas: una condición primitiva, en la que el elemento metapterigial soporta solo uno o dos radiales y la mayoría de los radiales se insertan directamente en la placa; y una condición derivada, propia de Stethacanthus y otros simórridos, caracterizada por un mayor número de radiales y un ensanchamiento de la cintura para alojarlos. Los machos poseían además ganchos pélvicos con extremos en forma de maza, compuestos por cartílago globular calcificado no prismático.

Las especies del género mostraban también una notable variabilidad en la morfología de la aleta caudal. Algunas presentaban colas heterocercales de ángulo bajo, mientras que otras se aproximaban a configuraciones casi homocercales. El lóbulo hipocordal era amplio y estaba sostenido por radiales caudales largos y extendidos, lo que sugiere adaptaciones funcionales diversas dentro del grupo.

Desde el punto de vista ecológico, Stethacanthus era un carnívoro de pequeño tamaño relativo, probablemente especializado en presas como peces pequeños, braquiópodos y elementos esqueléticos de crinoideos, siguiendo patrones alimentarios comunes entre los tiburones paleozoicos. La presencia del voluminoso complejo espina‑cepillo, junto con los dentículos orientados hacia delante, habría generado una resistencia significativa durante la natación rápida, lo que apunta a un estilo de vida de movimientos lentos. Sus aletas, proporcionalmente más pequeñas que las de otros tiburones de tamaño similar, y su dentición relativamente reducida refuerzan la hipótesis de que Stethacanthus pudo haber sido un habitante bentónico.

La abundancia de ejemplares en la caliza de Bear Gulch (Montana) sugiere que esta zona pudo funcionar como área de reproducción tanto para Stethacanthus como para otros condrictios, lo que implica comportamientos migratorios estacionales.

Las primeras especies de Stethacanthus fueron descritas a finales del siglo XIX a partir de espinas aisladas, lo que generó una considerable confusión inicial. El paleontólogo John Strong Newberry interpretó estas espinas como un tipo de aleta completamente nuevo y llegó a proponer que pertenecían a las aletas pectorales, asumiendo además que no eran estructuras simétricas. Mientras tanto, varios restos esqueléticos asociados procedentes del Misisipiense de Montana y del Devónico y Misisipiense de Ohio permanecieron sin describir durante casi un siglo, debido a la extrema rareza de esqueletos completos. Como resultado, la clasificación de Stethacanthus se mantuvo durante décadas basada en un conjunto muy limitado de caracteres.

No fue hasta 1974 cuando Richard Lund definió formalmente la familia Stethacanthidae, al reconocer que el género difería de manera significativa de otros elasmobranquios paleozoicos. Desde entonces, el hallazgo de nuevos ejemplares ha ampliado notablemente su rango geográfico, desde el Medio Oeste de Estados Unidos hasta el Carbonífero Inferior de Bearsden (Escocia), el Tournaisiano Inferior de la región de Tula (Rusia Central) y diversas localidades de China. También se han recuperado dientes en la Formación Napier (Frasniano‑Fameniano), la Formación Laurel (Tournaisiano) y la Caliza Moogooree en Australia Occidental, así como un paladar y una mandíbula parciales en la Cuenca Bonaparte.

La presencia de extensas masas de cartílago globular calcificado en la placa basal del complejo espina‑cepillo, en el propio cepillo y en los claspers masculinos constituye un hallazgo notable, ya que representa el primer registro de este tipo de tejido en grandes cantidades dentro de los condrictios. Este hecho ha suscitado preguntas relevantes sobre la evolución del esqueleto cartilaginoso. Una posibilidad es que el cartílago prismático —característico de los condrictios modernos— derive evolutivamente del cartílago globular calcificado. Otra hipótesis plantea que la fina capa ósea acelular que recubre el complejo espina‑cepillo podría representar el primer indicio de hueso endoesquelético en condrictios primitivos, un rasgo posteriormente perdido en los linajes actuales. También se ha sugerido que la espina dorsal podría ser una estructura dérmica derivada de la cresta neural, mientras que el cepillo sería una extensión de la placa basal de la aleta, hipótesis apoyada por su posición endoesquelética y la ausencia de radiales.

La clasificación de Stethacanthus continúa siendo objeto de debate debido a la variabilidad morfológica observada entre los especímenes. Dentro de Chondrichthyes —un grupo monofilético definido por la presencia de teselas endoesqueléticas y fertilización interna—, los estetacántidos se han incluido tradicionalmente en el grupo Paleoselachii, dentro de Elasmobranchii. Sin embargo, su posición exacta dentro del orden Symmoriida ha generado controversia. Una hipótesis sostiene que Symmoriida es un grupo monofilético que incluye a Symmoriidae, Stethacanthidae y Falcatidae. Otra propone que los simóridos podrían ser en realidad las hembras de los estetacántidos o derivar directamente de ellos, dado que ambos grupos están pobremente definidos y difieren principalmente por la presencia o ausencia del complejo espina‑cepillo, ausente en machos juveniles y posiblemente también en hembras.

Estudios recientes han reclasificado a los Symmoriiformes dentro de Holocephali, lo que implicaría que Stethacanthus estaría más estrechamente emparentado con las quimeras modernas que con los tiburones, una reinterpretación que continúa alimentando el debate sobre la evolución temprana de los condrictios.

Stethacanthus representa uno de los experimentos evolutivos más singulares dentro de los condrictios paleozoicos. Su inconfundible complejo espina‑cepillo, la presencia de cartílago globular calcificado en grandes cantidades y la combinación de rasgos anatómicos primitivos y derivados lo convierten en un género clave para comprender la diversidad morfológica temprana de los peces cartilaginosos. Aunque su estilo de vida parece haber sido relativamente lento y posiblemente ligado al fondo marino, su anatomía revela una complejidad notable, especialmente en lo referente a estructuras asociadas al comportamiento reproductivo y a la defensa.

Los debates taxonómicos que aún rodean a Stethacanthus —incluyendo su relación con los simóridos y su posible afinidad con los holocefálidos— reflejan tanto la escasez de material completo como la extraordinaria variabilidad de los ejemplares conocidos. A medida que nuevos fósiles continúan ampliando su rango geográfico y anatómico, este género sigue desempeñando un papel central en la reconstrucción de la evolución temprana de los condrictios y en la comprensión de las innovaciones morfológicas que precedieron a los tiburones y quimeras modernos.