Los peces cartilaginosos, como los tiburones, las rayas, son vertebrados cuyo esqueleto interno está formado totalmente por cartílago y no contiene hueso osificado. Los peces cartilaginosos también se conocen como condrictios y tienen una o dos aletas dorsales, una aleta caudal, una aleta anal y aletas ventrales que se apoyan en fajas del esqueleto interno.

Las escamas placoides, o dientes dérmicos, son característicos de la piel tanto de los tiburones como de las rayas. El tacto de la piel del tiburón es similar al del papel de lija y se utilizó como tal durante muchos años. Los diminutos dientes que sobresalen de la piel varían en cada especie de tiburón. La punta del diente es de dentina con una capa de esmalte dental, mientras que la parte inferior del diente es de hueso, lo que ancla el diente a la piel.

La piel de las rayas está desnuda en algunas partes, es decir, sin dientes dérmicos, pero en la parte posterior o en la superficie superior de la cola, los dientes dérmicos han desarrollado grandes y fuertes espinas.

Los dientes de la mandíbula, tanto de los tiburones como de las rayas, son en realidad dientes dérmicos modificados, que se pierden cuando se desgastan y son sustituidos por filas de dientes nuevos del espacio posterior. En algunas especies de tiburones, la mandíbula parece una cadena de montaje, con nuevos dientes que llenan los espacios inmediatamente.

Tanto los tiburones como las rayas respiran por medio de branquias y tienen una abertura llamada espiráculo a ambos lados de la cabeza, detrás del ojo. El espiráculo permite a las rayas, que a menudo se entierran en la arena, y a los tiburones que descansan en el fondo del mar, tomar agua, bombearla a través de la cámara branquial y liberarla a través de las hendiduras branquiales sin tomar grandes cantidades de barro y arena. Estos peces suelen tomar agua respiratoria por la boca, extraer el oxígeno del agua en las branquias y sacarlo por las hendiduras branquiales.

Los peces cartilaginosos se dividen en dos subclases en función de las hendiduras branquiales y otras características. La primera es la de los elasmobranquios, que tienen al menos cinco hendiduras branquiales y branquias a cada lado, un espiráculo detrás de cada ojo, dientes dérmicos en la superficie superior del cuerpo, una mandíbula dentada y una mandíbula superior no firmemente unida al cráneo. Los tiburones (Selachii), las rayas y las rayas (Rajiformes) pertenecen a este grupo. Las quimeras (Holocephali) tienen una abertura branquial en cada lado, placas dentales y un cráneo con una mandíbula superior firmemente unida.

Los peces cartilaginosos no tienen vejiga natatoria, por lo que deben mantener un movimiento de natación continuo, incluso cuando duermen, o se hundirán hasta el fondo. La aleta caudal del tiburón proporciona la fuerza propulsora en la natación, la aleta dorsal proporciona el equilibrio y las aletas pectorales se utilizan para la fuerza ascendente y los timones de profundidad.

El cuerpo aplanado y la espina dorsal de las rayas hace que su movimiento de natación sea único y completamente diferente al de los tiburones. El gran cuerpo aplanado de las rayas se ha fusionado con las aletas pectorales, lo que produce ondas verticales de adelante hacia atrás, similares a las de un pájaro en vuelo.

Las quimeras utilizan sus aletas pectorales al nadar, batiendo estas aletas simultáneamente para la propulsión, o alternativamente, para cambiar de dirección. Este método es muy eficaz para este grupo de peces cartilaginosos, pero se observa con mayor frecuencia en los peces óseos.

Las aletas pectorales de los peces cartilaginosos macho también se utilizan para el apareamiento. La parte posterior de la aleta pectoral está modificada como órgano copulador. Todos los peces cartilaginosos tienen fecundación interna. Algunas especies son ovíparas, o ególatras, y otras son ovovivíparas, que incuban los huevos dentro de la hembra y dan a luz a crías vivas. Otras pueden ser vivíparas, y las crías se desarrollan en el útero, de forma similar a los mamíferos, y el saco vitelino se convierte en una placenta vitelina que proporciona nutrientes al embrión.

Sólo las rayas verdaderas, las especies de tiburones que viven cerca del fondo marino y las quimeras ponen huevos. Los huevos suelen estar envueltos en una cáscara coriácea con zarcillos retorcidos que anclan la caja de huevos a las rocas o a la maleza. Estas cáscaras coriáceas se conocen como «bolso de sirena».

Los peces cartilaginosos son depredadores, lo que significa que se alimentan de otros animales, desde el plancton del zoo hasta los mariscos y las ballenas. Los propios peces cartilaginosos son buscados por los humanos como fuente de alimento. La carne de tiburón, que antes se comercializaba bajo los seudónimos de «escama» y «filete de pescado», es ahora popular en todo el mundo. Las aletas de tiburón son populares desde hace mucho tiempo en Oriente. Las rayas se consideran manjares en Gran Bretaña y Francia, y las rayas de espalda y las rayas de aleta se venden a menudo como truchas de mar.