Tovinger er svært små til middels store insekter med velutviklet og meget bevegelig hode, og et kraftig brystparti som er tydelig avsatt fra bakkroppen. Karakteristisk for ordenen er at bakvingene er omdannet til svingkøller (haltere) som fungerer som gyroskoper når dyret flyr. De fleste tovinger har store fasettøyne som gir et detaljert bilde av omgivelsene. Hos mange arter dekker øynene nesten hele hodet og gir dyret nesten 360 garders synsfelt. Tovinger mangler kjever, og munndelene er modifisert for å ta opp flytende føde.

• Hodet er stort og bevegelig, med svært tynn hals. Fasettøynene er vanligvis velutviklede og kan dekke en stor del av hodearealet. Punktøyne finnes eller mangler. Antennene har meget variabel utforming. Hos mygg er antennene mangeleddet og vanligvis betydelig lengre enn hodet. De er ofte utstyrt med lange hår og kan være fjærformede. Hos fluer er de innerste tre antenneleddene vanligvis kraftige mens de øvrige er redusert til en liten tapp (stylus) eller smal børste (arista) på tuppen eller på ryggsiden av det tredje segmentet. Børsten kan ha synlige ledd, men fremstår vanligvis som en meget fin uleddet pisk som kan være bar eller hårete. Munndelene er sugende, men er ellers meget variable. De er vanligvis snuteformet forlenget med to brede, myke lapper (labellae) ytterst som brukes til å slikke opp væske. Hos stikkmygg, knott, klegg og andre blodsugende grupper er munndelene modifisert for å stikke eller skjære gjennom vertens hud.
• Brystet huser de store vingemusklene og er kraftig utviklet. Det midtre brystsegmentet, som bærer flygevingene, er kraftigere enn de to øvrige.
• Framvingene er membranøse og vanligvis gjennomsiktige. Ribbenettet er vanligvis enkelt, med i utgangspunktet seks forgreinede lengderibber og et mindre antall tverribber. Hos de calyptrate fluene (Calyptrata) er basis av vingen oppsvulmet og danner to utstående skjell, et vingeskjell og et brystskjell (calyptere) som ligger inn mot brystet. I hvile legges vingene flatt over bakkroppen. Noen få tovingegrupper er vingeløse.
• Bakvingene er omdannet til korte, klubbeformede svingkøller (haltere).
• Beina er lange og velutviklede, vanligvis med fem fotledd. Det ytterste fotleddet bærer to klør og har som regel også to putelignende gripeorganer (pulvilli) som omslutter et sentralt hår (empodium). Pulvillene er tett besatt med mikroskopiske hår som gir fluene godt feste på glatte underlag. Hos noen fluer danner også empodiet en sugepute.
• Bakkroppen er tydelig avsnørt fra brystet. Hannens kjønnsorganer er tidvis store og meget komplekse.

Eggene kan være svært forskjelligartede, men er vanligvis hvite eller gulhvite og ovale uten nevneverdige ytre strukturer.

Larvene varierer mye i utseende, fra slanke og marklignende til tykke maddiker. Felles for tovingelarvene er at brystbeina mangler helt, også hos frittlevende larver. Hos enkelte arter finnes imidlertid vortefotlignende organer på brystet og/eller bakkroppen. Mygglarver har velutviklet hodekapsel og bitende munndeler. Sidepunktøyne kan finnes eller mangle, og innenfor familiene svevemygg og stikkmygg kan larvene ha ekte fasettøyne. Vannlevende mygglarver har ofte svært spesialisert kroppsbygning, og mange arter har store, vifteformede munndeler som brukes til å filtrere næringspartikler ut av vannet. Antennene er vanligvis svært små, men hos svevemygglarver er antennene modifisert til fangstredskaper med skarpe, krumme børster. Hos de ekte fluene er larvenes hodekapsel trukket delvis inn i brystet, og munndelene artikulerer ikke mot hverandre, men består i stedet av to eller fire nedadvendte kroker som beveger seg parallelt i vertikalplanet. Hos de høyerestående fluene (Cyclorrhapha) er hodet helt redusert, og kroppen ender simpelthen i en spiss utstyrt med to munnkroker.

Puppene er normalt mumiepupper, hvor vingene og ekstremitetene er intimt festet til kroppen. Hos mange pupper finnes imidlertid to frie pusterør på framenden. Puppen kan ligge fritt eller være beskyttet av en silkekokong. Hos stikkmygg svømmer puppen fritt i ferskvann. Hos de høyerestående fluene beholdes den siste larvehuden gjennom puppestadiet. Disse puppene, som kalles puparier, er vanligvis harde, brune og eggformede uten markerte ytre trekk.