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Die Menge und Anordnung der Proteine und Nukleinsäure von Viren bestimmen ihre Größe und Form. Die Nukleinsäure und die Proteine jeder Virusklasse setzen sich zu einer Struktur zusammen, die Nukleoprotein oder Nukleokapsid genannt wird. Einige Viren haben mehr als eine Proteinschicht, die die Nukleinsäure umgibt; andere wiederum haben eine Lipoproteinmembran (die so genannte Hülle), die von der Membran der Wirtszelle abgeleitet ist und den Nukleokapsidkern umgibt. Die Membran wird von zusätzlichen Proteinen durchdrungen, die die Spezifität des Virus für die Wirtszellen bestimmen. Die Protein- und Nukleinsäurebestandteile haben für jede Virusklasse einzigartige Eigenschaften; wenn sie zusammengefügt werden, bestimmen sie die Größe und Form des Virus für diese spezifische Klasse. Die Genome von Mimiviren und Pandoraviren, die zu den größten bekannten Viren gehören, haben eine Größe von 1 bis 2,5 Mb (1 Mb = 1.000.000 Basenpaare DNA).
Die meisten Viren variieren im Durchmesser von 20 Nanometern (nm; 0,0000008 inch) bis 250-400 nm; die größten jedoch haben einen Durchmesser von etwa 500 nm und eine Länge von 700-1.000 nm. Nur die größten und komplexesten Viren lassen sich unter dem Lichtmikroskop mit der höchsten Auflösung erkennen. Bei der Bestimmung der Größe eines Virus muss auch seine Form berücksichtigt werden, da die verschiedenen Virusklassen unterschiedliche Formen aufweisen.
Die Formen der Viren lassen sich vor allem in zwei Arten unterteilen: Stäbchen oder Fäden, die so genannt werden, weil die Nukleinsäure und die Proteinuntereinheiten linear angeordnet sind, und Kugeln, die eigentlich 20-seitige (ikosaedrische) Polygone sind. Die meisten Pflanzenviren sind klein und bestehen entweder aus Fäden oder Polygonen, ebenso wie viele Bakterienviren. Die größeren und komplexeren Bakteriophagen hingegen enthalten als genetische Information doppelsträngige DNA und kombinieren sowohl filamentöse als auch polygonale Formen. Der klassische T4-Bakteriophage besteht aus einem polygonalen Kopf, der das DNA-Genom enthält, und einem stäbchenförmigen Schwanz aus langen Fasern mit spezieller Funktion. Strukturen wie diese sind einzigartig für Bakteriophagen.
Tierviren weisen eine extreme Variation in Größe und Form auf. Die kleinsten tierischen Viren gehören zu den Familien Parvoviridae und Picornaviridae und messen etwa 20 nm bzw. 30 nm im Durchmesser. Die Viren dieser beiden Familien sind Ikosaeder und enthalten Nukleinsäuren mit begrenzter genetischer Information. Viren der Familie Poxviridae sind in ihrer längsten Ausdehnung etwa 250 bis 400 nm groß, und sie sind weder Polygone noch Fäden. Poxviren sind trotz ihrer großen Ähnlichkeit strukturell komplexer als einfache Bakterien. Tierische Viren mit stäbchenförmigen (spiralförmigen) Nukleokapsiden sind von einer Hülle umgeben; diese Viren sind in den Familien Paramyxoviridae, Orthomyxoviridae, Coronaviridae und Rhabdoviridae zu finden. Nicht alle umhüllten Viren enthalten jedoch spiralförmige Nukleokapsiden; die Viren der Familien Herpesviridae, Retroviridae und Togaviridae haben polygonale Nukleokapsiden. Die meisten umhüllten Viren scheinen kugelförmig zu sein, obwohl die Rhabdoviren längliche Zylinder sind.
Die Kriterien, die zur Klassifizierung von Viren in Familien und Gattungen verwendet werden, basieren hauptsächlich auf drei strukturellen Überlegungen: (1) die Art und Größe ihrer Nukleinsäure, (2) die Form und Größe der Kapside und (3) das Vorhandensein einer von der Wirtszelle stammenden Lipidhülle, die das virale Nukleokapsid umgibt.
Die Nukleinsäure
Wie bei allen Lebensformen kodiert die Nukleinsäure jedes Virus die genetische Information für die Synthese aller Proteine. Bei fast allen freilebenden Organismen liegt die genetische Information in Form von doppelsträngiger DNA vor, die als spiralförmiges Gitter angeordnet ist, das an den Basen entlang der Länge des Moleküls verbunden ist (eine Doppelhelix). In Viren kann die genetische Information jedoch in einer Vielzahl von Formen vorliegen, einschließlich einzel- oder doppelsträngiger DNA oder RNA.
Die Nukleinsäuren von Viren sind in Genomen angeordnet. Alle doppelsträngigen DNA-Viren bestehen aus einem einzigen großen Molekül, während die meisten doppelsträngigen RNA-Viren segmentierte Genome haben, wobei jedes Segment in der Regel ein einzelnes Gen darstellt, das die Information für die Synthese eines einzelnen Proteins kodiert. Viren mit einzelsträngiger genomischer DNA sind in der Regel klein und haben nur eine begrenzte genetische Information. Einige einzelsträngige DNA-Viren bestehen aus zwei Populationen von Virionen, die jeweils aus komplementärer einzelsträngiger DNA mit entgegengesetzter Polarität bestehen.
Die Virionen der meisten Pflanzenviren und vieler tierischer und bakterieller Viren sind aus einzelsträngiger RNA aufgebaut. Bei den meisten dieser Viren wird die genomische RNA als positiver Strang bezeichnet, weil die genomische RNA als mRNA für die direkte Synthese (Translation) des viralen Proteins dient. Mehrere große Familien von Tierviren und eine Familie, die sowohl Pflanzen- als auch Tierviren umfasst (die Rhabdoviridae), enthalten jedoch genomische einzelsträngige RNA, die als negativer Strang bezeichnet wird und komplementär zur mRNA ist. Alle diese Negativstrang-RNA-Viren verfügen über ein Enzym, die so genannte RNA-abhängige RNA-Polymerase (Transkriptase), die zunächst die Synthese der komplementären mRNA aus der genomischen RNA des Virions katalysieren muss, bevor die virale Proteinsynthese stattfinden kann. Diese Variationen in den Nukleinsäuren der Viren bilden ein zentrales Kriterium für die Klassifizierung aller Viren.
Eine ausgeprägte große Familie von einzelsträngigen RNA-Viren wird Retroviridae genannt; die RNA dieser Viren ist positiv, aber die Viren sind mit einem Enzym ausgestattet, das als reverse Transkriptase bezeichnet wird und die einzelsträngige RNA zu doppelsträngiger DNA kopiert.