La longueur maximale des poissons à quatre yeux atteint 32 cm TL chez A. microlepis, faisant de cette espèce la plus grande de l’ordre des Cyprinidontiformes.
Les poissons à quatre yeux n’ont que deux yeux, mais ceux-ci sont spécialement adaptés à leur mode de vie en surface. Au cours du développement précoce, l’os frontal du poisson à quatre yeux s’étend dorsalement, ce qui permet aux yeux de se positionner sur le dessus de leur tête et d’apparaître bombés. Cela permet au poisson de voir simultanément au-dessus et au-dessous de l’eau lorsqu’il flotte à la surface. Les yeux sont divisés en deux parties, dorsale et ventrale, séparées par une bande de tissu pigmenté. Chaque œil possède deux pupilles et deux cornées qui filtrent la lumière sur une lentille, se réfractent sur des hémirétines distinctes et sont traitées par un disque optique. La moitié supérieure (ventrale) de l’œil est adaptée à la vision dans l’air, la moitié inférieure (dorsale) à la vision dans l’eau. Le cristallin de l’œil change également d’épaisseur de haut en bas pour compenser la différence d’indice de réfraction entre l’air et l’eau. L’hémirétine ventrale est caractérisée par des couches cellulaires plus épaisses contenant plus de neurones sensoriels et une acuité visuelle accrue par rapport à l’hémirétine dorsale.
Les poissons à quatre yeux sont des animaux vivants. Avec leur genre frère Jenynsia, ils s’accouplent d’un seul côté, les mâles « droitiers » avec les femelles « gauchères » et vice versa. Le mâle possède des rayons anaux spécialisés qui sont fortement allongés et fusionnés en un tube appelé gonopode associé au canal spermatique qu’il utilise comme organe intromittent pour délivrer le sperme à la femelle.