La taille de ces petits singes varie entre 12 et 15 centimètres, pour un poids moyen de 80 à 120 grammes, ce qui en fait le singe le plus petit du monde. La queue, légèrement plus longue que le corps, n'est pas préhensile (elle ne permet pas de « saisir »). Ils sont dotés d'un pelage fin et soyeux, particulièrement beau et qui en fait les singes les plus colorés du monde. Les callithrichidés sont une souche primitive de primates, dont ils diffèrent par l'absence de dents de sagesse et la présence de griffes à l'extrémité des doigts, excepté le gros orteil, qui lui est pourvu d'un ongle plat.

Contrairement à la plupart des primates arboricoles, les ouistitis (ainsi que les tamarins) n’ont pas de pouce opposable, ce qui, additionné à la non-préhensilité de leur queue, les empêche alors de s'accrocher aux grosses branches. Ce qui pourrait passer pour un handicap est en fait largement compensé par leur faible poids, qui leur permet de sautiller de branches en branches jusque dans la canopée où ils s’agrippent à l’aide de leurs griffes. Les ouistitis font partie des primates les mieux adaptés à la vie arboricole.