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A quantidade e disposição das proteínas e do ácido nucleico dos vírus determinam seu tamanho e forma. O ácido nucléico e as proteínas de cada classe de vírus montam-se numa estrutura chamada nucleoproteína, ou nucleocapsid. Alguns vírus têm mais de uma camada de proteína em torno do ácido nucleico; outros ainda têm uma membrana lipoproteica (chamada envelope), derivada da membrana da célula hospedeira, que envolve o núcleo da nucleocápside. Penetrando na membrana estão proteínas adicionais que determinam a especificidade do vírus para as células hospedeiras. As proteínas e componentes do ácido nucleico têm propriedades únicas para cada classe de vírus; quando montadas, determinam o tamanho e a forma do vírus para essa classe específica. Os genomas de Mimivirus e Pandoravirus, que são alguns dos maiores vírus conhecidos, variam de 1 a 2,5 Mb (1 Mb = 1.000.000 pares de base de DNA).
A maioria dos vírus varia de diâmetro de 20 nanômetros (nm; 0,0000008 polegadas) a 250-400 nm; os maiores, entretanto, medem cerca de 500 nm de diâmetro e têm cerca de 700-1.000 nm de comprimento. Apenas os maiores e mais complexos vírus podem ser vistos sob o microscópio de luz com a mais alta resolução. Qualquer determinação do tamanho de um vírus também deve levar em conta sua forma, uma vez que diferentes classes de vírus têm formas distintas.
Formas dos vírus são predominantemente de dois tipos: varas, ou filamentos, assim chamados devido à matriz linear do ácido nucleico e das subunidades proteicas; e esferas, que na verdade são polígonos de 20 lados (icosaédricos). A maioria dos vírus vegetais são pequenos e são filamentos ou polígonos, assim como muitos vírus bacterianos. Os bacteriófagos maiores e mais complexos, no entanto, contêm como informação genética DNA de dupla cadeia e combinam tanto as formas filamentosas como poligonais. A clássica bacteriófaga T4 é composta por uma cabeça poligonal, que contém o genoma do DNA e uma cauda de fibras longas em forma de vara com uma função especial. Estruturas como estas são exclusivas dos bacteriófagos.
Vírus animais apresentam uma variação extrema no tamanho e na forma. Os menores vírus animais pertencem às famílias Parvoviridae e Picornaviridae e medem cerca de 20 nm e cerca de 30 nm de diâmetro, respectivamente. Os vírus destas duas famílias são icosaedros e contêm ácidos nucleicos com informação genética limitada. Os vírus da família Poxviridae são cerca de 250 a 400 nm na sua maior dimensão, e não são polígonos nem filamentos. Os poxvírus são estruturalmente mais complexos que as bactérias simples, apesar da sua estreita semelhança. Os vírus animais que têm nucleocapídeos em forma de vara (helicoidais) são os que se encontram encerrados num envelope; estes vírus encontram-se nas famílias Paramyxoviridae, Orthomyxoviridae, Coronaviridae, e Rhabdoviridae. Nem todos os vírus envolvidos contêm nucleocapsids helicoidais; os das famílias Herpesviridae, Retroviridae, e Togaviridae têm nucleocapsids poligonais. A maioria dos vírus envelopados parecem ser esféricos, embora os rabdovírus sejam cilindros alongados.
Os critérios usados para classificar os vírus em famílias e gêneros são baseados principalmente em três considerações estruturais: (1) o tipo e tamanho do ácido nucleico, (2) a forma e tamanho das cápsulas, e (3) a presença de um envelope lipídico, derivado da célula hospedeira, envolvendo a nucleocápside viral.
O ácido nucleico
Como é verdade em todas as formas de vida, o ácido nucleico de cada vírus codifica a informação genética para a síntese de todas as proteínas. Em quase todos os organismos de vida livre, a informação genética está na forma de ADN de cadeia dupla disposta como uma malha em espiral unida nas bases ao longo do comprimento da molécula (uma dupla hélice). Em vírus, entretanto, a informação genética pode vir em uma variedade de formas, incluindo DNA de uma ou duas cordas ou RNA.
Os ácidos nucléicos de viriões são dispostos em genomas. Todos os vírus de DNA de cadeia dupla consistem em uma única molécula grande, enquanto a maioria dos vírus de RNA de cadeia dupla têm genomas segmentados, com cada segmento geralmente representando um único gene que codifica a informação para sintetizar uma única proteína. Os vírus com DNA genômico de cadeia única são geralmente pequenos, com informação genética limitada. Alguns vírus de DNA de cadeia única são compostos por duas populações de viriões, cada uma consistindo de DNA complementar de cadeia única de polaridade oposta à do outro.
Os viriões da maioria dos vírus vegetais e muitos vírus animais e bacterianos são compostos de RNA de cadeia única. Na maioria destes vírus, o RNA genômico é denominado de uma vertente positiva porque o RNA genômico age como mRNA para síntese direta (tradução) da proteína viral. Várias grandes famílias de vírus animais, e uma que inclui tanto vírus vegetais como animais (os Rhabdoviridae), no entanto, contêm RNA genômico de cadeia única, chamado de cadeia negativa, que é complementar ao mRNA. Todos estes vírus RNA de cadeia negativa têm uma enzima, chamada RNA polimerase dependente do RNA (transcriptase), que deve primeiro catalisar a síntese de mRNA complementar do RNA virion genómico antes que a síntese proteica viral possa ocorrer. Estas variações nos ácidos nucléicos dos vírus formam um critério central para a classificação de todos os vírus.
Uma grande família distinta de vírus de RNA de cadeia única é chamada Retroviridae; o RNA destes vírus é positivo, mas os vírus são equipados com uma enzima, chamada transcriptase reversa, que copia o RNA de cadeia única para formar DNA de cadeia dupla.