Ce sont des animaux qui se caractérisent par la mobilité indépendante de leurs yeux, leur langue protractile qui leur permet d'attraper leurs proies à distance, les doigts groupés en deux blocs opposables assurant une bonne prise sur les branches, leur capacité à changer de couleur, et enfin leur queue qui sert à se stabiliser.
Les yeux des caméléons sont proéminents et dotés de mouvements indépendants. Ceci leur permet de surveiller simultanément tous les côtés à l'approche de prédateurs. Lorsqu'ils repèrent une proie, les yeux convergent sur celle-ci pour obtenir une meilleure précision.
Pour chasser leurs proies les caméléons utilisent leur langue protractile. Composée entre autres de muscles propulseurs et rétracteurs, la langue est rangée dans la bouche sur l'os hyoïde. L'animal projette avec une grande précision sa langue (dont l'extrémité est couverte d'un mucus gluant) sur ses proies, puis ramène le tout dans sa bouche.
Selon les espèces, la langue peut atteindre presque deux fois la longueur du corps de l'animal. Le caméléon projette sa langue en 1/25e de seconde (à plus de 20 km/h), s'empare d'une proie qui peut atteindre un tiers de sa propre masse, et la ramène à sa bouche en une demi-seconde. La projection puis la rétraction de la langue ainsi que la préhension de la proie associent plusieurs mécanismes physiques d'une certaine complexité. Pour les espèces les plus performantes, l'accélération entre zéro et 97 km/h se fait en un centième de seconde
Les robes des caméléons permettent de les identifier : chacun a un milieu favori. Les caméléons nains, plutôt terrestres, ont en général une robe plutôt marron, alors que les espèces arboricoles arborent souvent du vert, du jaune ou du bleu..