Гусеница имеет удлиненное, червеобразное тело, состоящее из головы и 13 члеников (сегментов). Первые три из них соответствуют будущей груди бабочки и несут по паре истинных или грудных ног. Остальных десять члеников образуют брюшко. На 3, 4, 5 и 6 сегментах брюшка имеются ложные или брюшные ножки; брюшные ножки последнего, 10-го сегмента большей частью раздвинуты в виде щипцов и называются подталкивателями. Между ними находится анальное отверстие. Истинные или грудные ножки всегда просты и сильно склеротизованы. На мягких брюшных ножках имеются маленькие крючочки, которыми гусеница цепляется при лазании. Гусеницы дневных бабочек имеют полный "набор" ножек, у ночных бабочек и пядениц их число бывает гораздо меньше. У гусениц пядениц отсутствуют ножки на 3, 4 и 5 сегментах брюшка, так что они передвигаются только при помощи пары ножек 6 сегмента и подталкивателей. Этим объясняется характерный "землемерский" способ передвижения - этакое шагание, при котором средняя часть тела дугообразно изгибается вверх.
Б - гусеница: а) голова, б) истинные или грудные ножки, в) стигма, г) брюшные или ложные ножки, д) подталкиватели
Гусеница имеет мощные ротовые органы, служащие для откусывания и жевания. Важным органом являются прядильные, или шелкоотделительные железы, открывающиеся на вершине нижней губы. Прядильные железы гусениц дневных бабочек используются очень незначительно и служат разве что для прикрепления гусеницы к предмету или листу перед линькой или окукливанием. У ночных бабочек, наоборот, прядильные железы сильно развиты и обильно выделяют волокно. Достаточно вспомнить о тутовом шелкопряде и его использовании в производстве шелка.
Кожа гусениц, даже тех, которые кажутся совершенно голыми и гладкими, несет щетинки и волоски, расположенные либо непосредственно на коже, либо на различных выростах. Сама кожа густо усеяна различными мелкими шипами и бородавками, заметными, как правило, только при большом увеличении под микроскопом. Волоски и щетинки расположены на теле пучками или сплошным покровом. С точки зрения систематики гусениц щетинки и волоски имеют приблизительно такое же значение, как копулятивные органы у взрослых особей. Каждая щетинка имеет свое название или обозначение, а их классификацией занимается целая вспомогательная научная дисциплина, именуемая хетотаксией.
Окраска гусениц отличается большим разнообразием и наличием множества оттенков. Одни гусеницы окрашены в монотонный зеленый, желтый или коричневый цвет, другие могут похвалиться пестрым убором в цветную полоску, в "горошек", третьи несут сложный декоративный рисунок. Своеобразие окраски подчеркивается также формой тела и волосяным покровом. Расцветка гусеницы может меняться в течение ее жизни; в ней участвует много разных пигментов.