ผีเสื้อประกอบด้วยลำตัวที่ไม่มีโครงกระดูกภายในเช่นเดียวกับแมลงอื่น ๆ แต่มีเปลือกนอกแข็งเป็นสารจำพวกไคติน (chitin) ห่อหุ้มร่างกาย ภายในเปลือกแข็งเป็นที่ยึดของกล้ามเนื้อที่ใช้ในการเคลื่อนที่ลำตัวของผีเสื้อแบ่งออกเป็น 3 ส่วนคือ  ส่วนหัว  ส่วนอก  และส่วนท้อง  ทั้ง ส่วนประกอบด้วยวงแหวนหลาย ๆ วงเรียงต่อกัน  เชื่อมยึดด้วยเยื่อบาง ๆ เพื่อให้การเคลื่อนไหวได้สะดวกวงแหวนที่เชื่อมต่อกันเป็นลำตัวของผีเสื้อมีทั้งหมด 14 ปล้อง แบ่งออกเป็นส่วนหัว 1 ปล้อง ส่วนอก 3 ปล้อง และส่วนท้อง 10 ปล้อง

• ปีก ผีเสื้อมีปีก 2 คู่ ไม่มีปีกนอกปีกในปีกคู่หน้าจะซ้อนทับปีกคู่หลังบางส่วน ปีกของผีเสื้อเป็นเยื้อบาง ๆ ประกบกัน มีเส้นปีกเป็นโครงร่างให้ปีกคงรูปอยู่ได้  เส้นปีกของผีเสื้อจึงเปรียบได้กับโครงกระดูกของสัตว์ปีกชนิดอื่น ๆ  ผีเสื้อส่วนใหญ่จะมีเส้นปีกในปีกคู่หน้า 12 เส้น ปีกคู่หลัง 9 เส้น การจัดเรียงกันของเส้นปีกเป็นลักษณะสำคัญอย่างหนึ่ง ในการจำแนกชนิด สกุล และวงศ์ของผีเสื้อ
• ตารวม (Compound  eye)  ประกอบด้วยตาเล็ก ๆ หลายพันตา ทำหน้าที่รับภาพที่เคลื่อนไหว  มีประสิทธิภาพการมองเห็นสูง
• ตาเดียว (Simple eye) สันนิฐานว่ามีไว้เพื่อรับรู้ความมืดและความสว่าง
• หนวด มีหน้าที่ในการดมกลิ่น
• ท่องวง (proboscis) ใช้สำหรับดูดกินอาหารที่เป็นของเหลว เช่น น้ำ  น้ำหวาน  เวลาที่ไม่ได้กินอาหาร งวงนี้จะม้วนเก็บเป็นวงกลมคล้ายขดของลานนาฬิกา
• ขา  มีลักษณะเป็นข้อๆ แบ่งออกเป็น 5 ส่วนคือ ข้อโคนขา ข้อต่อโคนขา ต้นขา และตีน  ตีนแบ่งเป็น 5 ข้อ มีเล็บ 1-2 คู่ ที่ปลายตีน
• ส่วนอก ประกอบด้วยปล้อง 3 ปล้องเรียงต่อกัน รอยต่อระหว่างปล้องมองเห็นได้ไม่ชัดเจนนัก เนื่องจากมีเกล็ดสีปกคลุม แต่ละปล้องมีขา 1 คู่ ปีกคู่หน้าติดอยู่กับอกปล้องที่  2 ปีกคู่หลังติดอยู่กับอกปล้องที่ 3 ( ปล้องที่ติดกับส่วนท้อง)
• อวัยวะเพศ มีรูปร่างลักษณะ ที่แตกต่างกันไปตามชนิดของผีเสื้อ ในธรรมชาติผีเสื้อชนิดเดียวกันเท่านั้นจึงจะผสมพันธุ์กันได้ไม่มีการผสมข้ามพันธุ์กัน แต่ถ้ามีก็น้อยมาก อวัยวะเพศของผีเสื้อโดยเฉพาะเพศผู้จึงสามารถใช้ในการจำแนกชนิดผีเสื้อได้ด้วย
• ผีเสื้อกลางวันกับผีเสื้อกลางคืน ผีเสื้ออาจแบ่งเป็น ๒ กลุ่มใหญ่ ๆ คือ ผีเสื้อกลางวันกับผีเสื้อกลางคืน หากดูเพียงผิวเผินเราอาจเห็นว่าผีเสื้อกลางวันกับผีเสื้อกลางคืนนั้นไม่แตกต่างกันเลยแต่ในทางอนุกรมวิธาน ผีเสื้อกลางวันและผีเสื้อกลางคืนอยู่ในอันดับย่อย (suborder) ต่างกันคือ อันดับย่อยผีเสื้อกลางวัน (butterfly) และอันย่อยผีเสื้อกลางคืน (moth) หรือที่เราเรียกกันว่าแมลงมอท ในจำนวนเสื้อนับแสนชนิดบนโลก พบว่า ส่วนใหญ่เป็นผีเสื้อกลางคืนหรือมอท มีผีเสื้อกลางวันประมาณ๑๐%ของผีเสื้อทั้งหมด แต่ด้วยสีสันอันสวยงามสะดุดตาและโอกาสที่พบเห็นได้ง่ายในเวลากลางวัน ผีเสื้อกลางวันจึงเป็นที่รู้จักมักคุ้นกันมากกว่าในการที่จะชี้ชัดลงไปว่าเป็นผีเสื้อกลางวันหรือผีเสื้อกลางคืนนั้นจะต้องใช้หลักเกณฑ์หลายๆ ข้อประกอบกันพิจารณา หากจะให้ละเอียดลงไปต้องอาศัยลักษณะทางกายวิภาคและพฤติกรรมอื่นๆ เข้ามาประกอบด้วย
• ผีเสื้อกลางวันหากินในเวลากลางวัน แต่ก็มีบางชนิดที่ชอบออกหากินในตอนพลบค่ำหรือใกล้รุ่ง เช่น ผีเสื้อสายัณห์สีน้ำตาลธรรมดาหนวด ส่วนปลายจะพองโตคล้ายรูปกระบอง แต่ในบางชนิดปลายหนวดอาจเป็นรูปขอ เวลาเกาะจะชูหนวดขึ้นเหนือหัวเป็นรูปตัววี (V) ลำตัว ค่อนข้างยาวเรียว ไม่มีขนปกคลุม หรือมีเพียงบางๆ เห็นไม่ชัดเจน
• ผีเสื้อกลางคืน หากินในเวลากลางคืน แต่ก็มีบางชนิดออกหากินในเวลากลางวันด้วย เช่น ผีเสื้อหญ้า ซึ่งมักจะมีสีสันฉูดฉาดไม่แพ้ผีเสื้อ กลางวันหนวด มีรูปร่างหลายแบบ เช่น เส้นด้าย ฟันหวี พู่ขนนก เคียว แต่บางชนิดก็มีหนวดคล้ายกับผีเสื้อกลางวัน เวลาเกาะผีเสื้อกลางคืนจะซ่อนหนวดไว้ใต้ปีกหรือลู่แนบไปตามขอบปีก ลำตัว อ้วนกลมและสั้นกว่าลำตัวของผีเสื้อกลางวัน เมื่อเทียบกับขนาดความกว้างยาวปีกลำตัวมีขนปกคลุมค่อนข้างหนา