Der Dugong wird bis zu vier, meist drei Meter lang und erreicht ein Gewicht von 230 bis 900, meist 400 Kilogramm, womit er den Amazonas-Manati übertrifft, jedoch kleiner als die beiden anderen Manatiarten bleibt. Weibchen sind etwas größer. Die glatte, braune bis dunkelgraue Haut des Dugong weist in Abständen von zwei bis drei Zentimetern kurze Tasthaare auf. Die 35 bis 45 Zentimeter langen Vorderflossen werden von den Jungtieren zur Fortbewegung (Antrieb) genutzt, während adulte Tiere die sogenannten Flipper fast ausschließlich zum Lenken verwenden und den Antrieb der Schwanzflosse (Fluke) überlassen. Die Flipper werden außerdem beim Grasen zum „Abstützen“ auf dem Grund verwendet, nicht zum Prüfen der Nahrung, wie es Tiere in Gefangenschaft taten. Die Schwanzflosse ist anders als bei den Manatis nicht rund, sondern an der Hinterkante gerade oder nach innen gewölbt, womit der gabelförmige Schwanz eine auffällige Unterscheidung des Dugong zu Manatis ist. Die Schnauze ist kurz und breit und durch abwärts gebogene, bewegliche Unterlippen sowie ein schlitzförmiges Maul gekennzeichnet.
Schädel eines männlichen Dugongs.
Der Dugong unterscheidet sich auch durch den Bau seines Schädels von den Manatis: Das Praemaxillare bildet ein abgeknicktes, auffallendes Rostrum, flankiert von sehr robusten Jochbögen, die die Ansatzfläche für den Kaumuskel Musculus masseter ist. Das Nasenbein fehlt. Das Gebiss des Dugong ist charakteristisch: Bei den Männchen bildet sich ein Schneidezahn (I²), der im neunten bis zehnten Lebensjahr, also in der Pubertät, hervorspringt und einen Stoßzahn bildet, bei Weibchen jedoch im Zahnfach bleibt. Die Backenzähne sind zylinderförmig, dick, haben keine Wurzeln und keinen Zahnschmelz. Der letzte Backenzahn ist doppelzylinderförmig. Bei Jungtieren fehlen je Kieferhälfte zwei Molaren, die spät durchbrechen und beständig wachsen. Die Jungtiere verfügen überdies noch über ein paar Prämolaren, welche jedoch mit zunehmendem Alter weiter nach vorne im Kiefer wandern, wo sie durch den Verschleiß letztendlich verschwinden.