Жилкование крыльев двукрылых значительно редуцировано, в особенности для кубитальных и анальных жилок. Грудь двукрылых разделена на три части: передне-, средне, и заднегруди. Наука о двукрылых насекомых — диптерология. У двукрылых строение усиков очень разнообразно. Фасеточное строение глаз двукрылых.

У большинства низших двукрылых лоб, это склеритизированная пластинка. У большинства высших двукрылых нижняя часть головы занята субкранальной, или ротовой полостью, в которую втягивается хоботок. Хоботок двукрылых по своему происхождению отличается от аналогичных приспособлений бабочек и клопов. Однако нельзя сказать, что такое строение ротовых частей характерно для всех Двукрылых: в различных семействах возникают своеобразные его модификации.

Жилкование крыльев играет важную роль в определении семейств двукрылых. Жилкование современных видов двукрылых представлено следующим жилкованием. Считается, что из двух первичных ветвей медиально жилки у двукрылых сохраняется только задняя, передняя остаётся в базальной части крыла о виде небольшого отростка. Голени обычно такой же длины, как бёдра, но более тонкие, с шипами и щетинками, у многих двукрылых со шпорами на вершине.

У большинства двукрылых формула лапок 5-5-5. Первый сегмент лапок обычно более длинный и часто называется метатарзусом. Редукция числа сегментов лапок, характерная для многих насекомых, у двукрылых встречается очень редко: у некоторых галлиц (Cecidomyiidae), детритниц (Sciaridae) и горбаток (Phoridae).

Отличительным признаком отряда, хорошо отграничивающим его от прочих групп насекомых, является наличие только одной, передней, пары крыльев. Задняя пара у них преобразована в булавовидные органы равновесия — жужжальца — и не несёт локомоторной функции. В большинстве случаев эти отделы хорошо обособленны и каждый несёт специфические придатки.

Для крыльев характерна костализация: утолщение передних жилок и их сдвиг к переднему краю крыла. Задняя пара крыльев преобразуется у них в так называемые жужжальца — органы равновесия. У некоторых, в основном паразитических форм, крылья могут отсутствовать. Прочие особенности сегментации и строения принципиально сходны с таковыми прочих насекомых.

Лапки у большинства Diptera пятичлениковые; на конце они несут два коготка, под которыми имеются присоски, с помощью которых двукрылые могут ползать по гладким отвесным поверхностям. Брюшко обычно сидячее, реже стебельчатое, и состоит из 4-10 видимых сегментов. Глаза бывают голаптическими, соприкасающимися либо сильно сближенными, как, например, у самок семейств Synneuridae и Anthomyiidae, а также дихоптическими, разделёнными широкой полосой лба.

Яйца двукрылых бывают разной формы (от округлой до удлинённой)

У подотрядов короткоусые и длинноусые лоб представляет собой более или менее равномерно склеритизированную пластинку. С его помощью муха проламывает пупарий и выходит на поверхность.

У некоторых паразитических двукрылых (кровососки — Hippoboscidae, Nycteribiidae) коготки имеют мощные зубцы для прикрепления к шерсти хозяина

У представителей Schizophora центральная часть лба обычно более менее мембранозная и образует лобную пластинку (frontal vitta, interfrins, seumesofrons). У некоторых представителей злаковых мух (Chloropidae) и милихиид (Milichiidae) центральная часть лба занята большим глазковым, также называют теменным, треугольником.

Задняя часть головы выпуклая, плоская, реже вогнутая, у семейств Bombiliidae и Pipunculidae, и называется эта часть посткариномом (postcarinum). Скапус чаще короткий, иногда редуцирован и плохо виден. Педицель бывает увеличен и удлинён и в его строение входит Джонстонов сенсорный орган, который воспринимает движение жгутика усиков.

Ариста у Cyclorrhapha состоит из трёх сегментов, но у Syrphidea и некоторых Empidoidea из двух сегментов. Ариста бывает голая, коротко или длинно опушенная или с некоторым количеством длинных редких лучей. У некоторых злаковых мух (Chloropidae) ариста уплощённая и утолщённая.

Взрослые двукрылые в основном обитают в воздушной среде, в то время как для личинок характерны гораздо более разнообразные местообитания

У Scenopinidae, Cryptochetidae и некоторых горбаток (Phoridae) аритса и стилус редуцированы. Он состоит в основном из нижней губы (labium) — представляющей подобие жёлоба, открытого сверху и оканчивающегося сосательными лопастями (считается, что они гомологи лабиальных щупиков). Переднегрудь и заднегрудь сильно редуцированы. Среднегрудь наибольшая по объёму, содержит крыловую мускулатуру и несёт пару крыльев.

На крыле различают аксиллярную область, более или менее суженную часть крыла — основание и особенно крыловую пластинку. От неё в основании крыла отделена небольшая доля — крылышко и далее идут две чешуйки: верхняя, или крыловая, и нижняя, или грудная. По переднему краю крыла проходит костальная жилка — C, иногда она обходит всё крыло, в этом случае по заднему его краю бывает более тонкая. A1 у многих полная и достигает края крыла, но часто сокращена или совсем редуцирована.

Голова образовалась из слияния не менее шести сегментов, но у всех насекомых, в том числе и у двукрылых, внешне сегментация не выражена. У некоторых представителей семейств комаров (Culicidae) и бабочниц (Psychodidae) на жилках расположены чешуйки. Куколки двукрылых отличаются от куколок других насекомых наличием только одной пары крыльев, которая расположена на среднегруди.