Ces protozoaires ressemblent à de minuscules soleils (du grec helios : soleil et zoon : animal). Le corps cellulaire sphérique (de 10 à 500 µm de diamètre), nu ou recouvert d'éléments squelettiques siliceux ou chitineux, est entouré de fins rayons cytoplasmiques appelés axopodes. Les axopodes sont semi-rigides soutenus par un cytosquelette microtubulaire très développé et organisé en faisceaux qui irradient à partir d’un centre organisateur nommé centrosome. Des courants cytoplasmiques s'observent le long des microtubules. Ils assurent le transport des grosses molécules, des organites et des vacuoles alimentaires et permettent ainsi aux fonctions vitales de s'effectuer.
Les héliozoaires se nourrissent d'unicellulaires, parfois de larves d'invertébrés. Les proies qui s'aventurent entre les axopodes sont immédiatement capturées grâce à des substances collantes éjectées à leur contact.
Les axopodes sont éminemment excitables et se contractent au moindre choc. Au cours de ce mouvement, les axes microtubulaires se désassemblent instantanément, tandis que l'axopode se rétracte complètement dans le corps cellulaire. La repousse est plus lente que la contraction. Au cours de cette croissance, l'architecture microtubulaire est reconstruite à l'identique.
La reproduction a lieu le plus souvent par multiplication asexuée, soit par division en deux héliozoaires fils, semblables à l'héliozoaire dont ils proviennent, soit par bourgeonnement de nombreux petits héliozoaires. La reproduction par voie sexuée a lieu plus rarement.