A madarak megjelenését az aktív röpülés kialakulásával határozzuk meg. Ez két alapvető tulajdonság-csoport megjelenéséhez kötött; egyik a mellső végtagok és a farok aerodinami optimalizációja, másik a test méretének és fajsúlyának csökkenése. Szemben a korábbi elképzelésekkel, a röpképesség biztosan nem származtatható egy siklórepülésre specializálódott hipotetikus ősből, mert a Theropodák és az első madarak testének súlypontja egyaránt nagyon hátra, a medenceöv tájékára esik, ami kizárja a siklórepülés lehetőségét. Egy másik elterjedt elképzelés a röpülés kialakulását egy nyílt terepen élő, nagytestű rovarokat futva zsákmányoló hipotetikus ősből származtatja, de ezt az elképzelést sem támasztják alá leletek. A ma élő hüllők és madarak egyike sem táplálkozik ehhez hasonlóan, ami talán arra utal, hogy e táplálkozási mód energetikailag rossz hatásfokú, és kialakulása ezért valószínűtlen. Ma még nem tudjuk, hogy milyen szelekciós nyomás vezetett azon tulajdonságok fokozatos kialakulásához, amelyek később lehetővé teték a röpülést.

Tüdejük légzőfelülete nem hólyagos, hanem csöves szerkezetű, a tüdőhöz mellső és hátsó légzsákok rendszere csatlakozik, melyek egy sajátos, négy ütemű légzőmozgást tesznek lehetővé. Az 1. Belégzésnél a hátsó légzsákok megtelnek levegővel, innen az 1. kilégzés a levegőt a tüdőbe pumpálja, innen a 2. belégzés által a mellső légzsákokba szívódik, és végül a 2. kilégzés során távozik a légzőrendszerből. Mindez lehetővé teszi, hogy a levegő és a tödőkapillárisokban áramló vér egymással szemben áramolva cseréljen gázokat. Ez az ellenáramú rendszer lényegesen hatékonyabb gázcserét tesz lehetővé, mint a más gerinces osztályokban elterjedt hólyagos szerkezetű tüdők. A csontváz jelentősen redukálódott. A koponya, medenceöv, lábak, szárnyak és farok egyes csontjai egybeolvadnak szomszédos csontokkal, más csontok eltűntek, végeredményben a csontok száma lényegesen lecsökkent. A légzsákok behatolnak a nagyobb csontokba (pneumatizáció), ami a fogazat elvesztésével együtt jelentősen csökkenti a csontváz fajsúlyát.

Mellső végtagjaik a szárnyak. Nem minden madár tud röpülni, de a röpképtelen futó- és úszómadaraknak is vannak szárnyai, amelyek ősileg a röpülést szolgálták, de elcsökevényesedtek, vagy evezőszervvé módosultak. Közismert, hogy a mellcsont nagy, függőleges tarajához tapadó nagy mellizmok a karcsonthoz tapadnak, ez a karok erőteljes lefelé csapását teszi lehetővé. Ezen belül azonban egy másik, ellentétes funkciójú izom, a szuprakorakoidális izom tapad a szegycsont tarajához, mely a hollócsőrcsont, villacsont és a lapocka csatlakozásában képzett kis csatornán átvezetett ínat mozgatja. Ez az ín egy sajátos kanyarulat után fölülről rögzül a karcsonthoz, és így a fölfelé irányuló szárnycsapást teszi lehetővé.

A tollak bonyolult fölépítésű, könnyű szaruképletek, melyek a kültakaró vízhatlan és igen jó hőszigetelő rétegét, a tollazatot alkotják. Valószínű, hogy a tollazat elsődleges funkciója a hőszigetelés volt, de másodlagosan a röpülést is lehetővé tette. A madarak évente egyszer vagy kétszer vedlenek, azaz tollaikat fokozatosan kihullatják, és újakat növesztenek. A szájnyílást az arccsontokhoz ill. az alsó állkapocshoz kapcsolódó könnyű szaruképletek; csőrkávák veszik körül. A csőr külső szaruborítása rendszerint kemény, de lehet lágy és kémiai érzékelésre alkalmas. Fogaik nincsenek. Az előbél sajátosan tagolódik; a begy a táplálék tárolását teszi lehetővé, a mirigyes gyomor és a zúzógyomor a táplálék puhítását és mechanikai aprítását végzi, tehát lényegében az emlős száj és fogazat funkcióját látja el. Kemény táplálék, pl. magvak aprításához a madarak zúzóköveket esznek, ezek a zúzógyomor őrlő működésének hatékonyságát fokozzák.

Túlnyomó mértékben vizuális és akusztikus ingerek alapján tájékozódnak, fejlett kommunikációs viselkedésformáik is jórészt fény- és hangingereken alapulnak. Szaglásuk néhány kivételtől eltekintve gyengén fejlett. A hüllőkben viszonylag fejlett nagyagykéreg amely az emlősökben továbbfejlődve a kognitív funkciók központja a madaraknál nagymértékben elcsökevényesedett. A kognitív funkciókért felelős agyi terület az előagy, melynek fejlettsége nagyfokú rugalmasságot biztosít a madarak viselkedésének. Kísérletek szerint egyes fajok elvont fogalmak használatára is képesek.

Bár egyes szerveik, pl. a kültakaró és a légző szervrendszer lényegesen fejlettebb mint az emlősök megfelelő szervei, de minden fajuk ősi, egyszerű módon, tojásokkal szaporodik. Míg a porcoshalak, halak, kétéltűek és hüllők sok fejlődési ága egymástól függetlenül áttért az elevenszülésre, a madaraknál erre nincs példa. Vannak fajok, amelyek a költést kivéve minden tevékenységüket a levegőben végzik, röptükben táplálkoznak, isznak, fürödnek, párzanak és alszanak, más madarak a nyílt tengerhez vagy az édesvízhez kötődnek hasonló mértékben. Tojásai költéséhez azonban minden madárnak szüksége van szilárd aljzatra. Szinte minden faj ivadékgondozó, esetleg költésparazita; azaz más fajok ivadékgondozásán "élősködik". A madarak többségénél a hím és a tojó közösen, párban nevelik a fiókákat, de sok fajnál a csak a tojó, néhány fajnál csak a hím gondozza az utódokat. A fiókák eredményes fölneveléséhez többnyire egy elegendő táplálékot nyújtó, és a fajtársaktól elzárt terület, a territórium birtoklása szükséges. A telepesen költő madaraknak nincs ilyen értelemben vett territóriumuk, hanem egy vagy több faj fészkei nagy sűrűségben, kis területen zsúfolódnak össze, és az itt költő egyedek közös táplálkozóterületet használnak. A fészekhagyó madarak fészkei rendszerint jelentéktelen struktúrák. A fiókák pelyhesen, nyitott szemmel kelnek ki, majd szüleik vezetésével elhagyják a fészket. Többé-kevésbé önálló táplálkozásra is képesek és aktívan menekülnek vagy rejtőzködnek a ragadozók elől. Ezzel szemben a fészeklakó madarak fészkei bonyolultabb építmények, melyben a helyváltoztatásra képtelen, kezdetben sokszor csupasz és vak fiókák hosszasan fejlődnek. A fészeklakó madarak fészkeiben rendszerint hemzsegnek a vérszívó ízeltlábúak. A madárfajok egy jelentős része nem sorolható be az itt felsorolt költési típusok (territoriális vagy telepes költés illetve fészeklakó vagy fészekhagyó fiókák) valamelyikébe, hanem átmeneti költési módot mutat.