Толстолобик — это рыба с глубоким телом, сжатая с боков. У молодых особей серебристый цвет, который с возрастом меняется от зеленоватого на спине к серебристому на животе. Тело толстолобика покрыто очень маленькими чешуйками, за исключением головы и шипов, которые чешуи не имеют.
Рот у толстолобиков большой, без зубов на челюсти, но с глоточными зубами. Зубы глотки расположены в один ряд (4-4) и хорошо развиты. И сжаты с полосатой шлифовальной поверхностью. Глаза толстолобика расположены далеко вперед по средней линии тела. Они слегка повернуты вниз.
Толстолобика вряд ли можно спутать с настоящими карпами из-за размера и необычного положения глаз. Он наиболее похож на карпа H. nobilis, но имеет меньшую голову и перевернутый рот без зубов, киль, который простирается вперед за основание тазового плавника, лишен темных пятен, характерных для карпа с крупными головами, а также разветвленные жаберные грабли.
Молодые особи толстолобика не имеют колючек в плавниках. Они похожи на большеголового карпа (Hypophthalmichthys nobilis). Но их грудной плавник распространяется только на основание тазового плавника (в отличие от брюшного плавника у большеголового).
В некоторых источниках упоминается о наличии шипов в спинном и анальном плавниках толстолобика. Однако у представленной разновидности Новой Зеландии шипы отсутствуют.