Der Körper der Doppelschwänze besteht aus mehr oder weniger gleichartigen Segmenten, wobei die ersten drei Segmente (Thorax) wie bei allen Sechsfüßern Beine tragen. Die Antennen der Tiere sind vielgliedrig und bestehen aus Gliedern, die alle mit Muskeln versehen sind (Gliederantenne). Augen fehlen den Doppelschwänzen vollständig. Die Mundwerkzeuge befinden sich in einer taschenartigen Struktur des Kopfes und sind zu spitzen oder schabenden Organen umgewandelt.

Der Hinterleib der Tiere besteht aus 10 Segmenten, wobei die ersten 7 Einzelsegmente noch Reste der ursprünglich an allen Segmenten vorhandenen Extremitäten tragen. Die Reste werden Styli genannt. Am letzten Segment befinden sich zwei sehr gut ausgebildete und meist fadenförmige Schwanzanhänge Cerci, die bei den Japygidae zu kräftigen, eingliedrigen Zangen umgebildet sind. Bei den Projapygidae und einigen weiteren Gruppen sind die Cerci sehr kurz und tasterförmig.

Die Spermien werden bei den Doppelschwänzen indirekt übertragen. Das Männchen setzt ein gestielten Spermienpaket (Spermatophore) ab, welches von einem Weibchen aufgenommen wird. Die Eiablage erfolgt als Eiballen in kleinen Erdhöhlen, wobei diese bei einigen Vertretern der Campodeidae an einem Faden aufgehangen werden. Einige Arten der Japygidae bewachen die Eier und die Jungtiere (Brutpflege).

Die Stellung der Doppelschwänze innerhalb der Sechsfüßer ist bislang nicht vollständig geklärt.

Die gängigste Einordnung der Doppelschwänze ist die innerhalb einer gemeinsamen Gruppe mit den Springschwänzen und Beintastlern als Sackkiefler (Entognatha). Als Begründung für diese Taxon-Bildung gilt die Mundtasche, in der die Mundwerkzeuge liegen und die bei allen drei Gruppen vorhanden ist. Diese Sackkiefler werden den Freikieflern oder Insekten als Schwestergruppe gegenübergestellt.

Nach einer alternativen Hypothese (Kukalová-Peck (1987)) könnten auch die Diplura allein als Schwestergruppe der Insekten angesehen werden, während ein gemeinsames Taxon namens Elliplura wiederum als Schwestergruppe dieser beiden Gruppen angesehen werden könnte. Als begründendes Merkmal wird hier die evolutiv unterschiedliche Anzahl der Beinteile angesehen, die mit den Unterleibsplatten des Hinterleibs verschmolzen sind. Dieses Merkmal und damit die Hypothese sind sehr umstritten.