È il più grande di tutti i cheloni viventi potendo raggiungere 2 metri di lunghezza e 900 kg di peso. Gli adulti sono facilmente distinguibili da tutte le altre specie di tartarughe marine grazie al loro corpo fusiforme e alla corazza, caratterizzata da carene non ricoperte da scaglie cornee, ma rivestite da una cute coriacea.La parte dorsale è essenzialmente nera con alcune chiazze bianche sparse lungo le carene; le macchie bianche diventano più numerose lateralmente, nella parte inferiore del corpo e delle pinne; quindi tutta la parte ventrale risulta essere, nel complesso, biancastra. I piccoli appena nati ed i giovani hanno le macchie bianche molto più evidenti anche sulle carene. La densità delle macchie e le loro dimensioni sono altamente variabili tra le popolazioni ma mostrano una certa costanza all'interno di una stessa popolazione. I maschi si distinguono dalle femmine poiché hanno la coda più lunga ed un corpo meno affusolato.Gli esemplari di questa specie sono adattati a vivere in acque più fredde rispetto ad altre specie di tartarughe marine. Questa capacità di vivere in acque relativamente fredde è dovuta allo strato protettivo che riveste il loro corpo, rappresentato da una pelle oleosa e spessa. Inoltre le grandi dimensioni di questa specie favoriscono una ritenzione del calore sviluppato con l'attività muscolare che permette all'animale di mantenere una certa "omeotermia".
In conseguenza di questo fatto la tartaruga liuto, pur essendo una specie atlantica, ha una ampia distribuzione geografica ed è una delle più variamente distribuite tra tutte le tartarughe. La specie raggiunge facilmente il Mar del Nord, il nord Atlantico, l'Argentina, il sud Africa; è frequente anche nell'Oceano Indiano, nel nord Pacifico, nel golfo dell'Alaska. È certo che la specie si riproduce sulle coste della Guiana francese, unico sito di nidificazione noto. È stata ritrovata anche lungo le coste dell'Europa settentrionale ed eccezionalmente nel Mediterraneo.
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