Nothosaurus was een reptiel van ongeveer anderhalf tot wel vier meter lang. Het dier bracht het grootste deel van de tijd door in het water, al kon het mogelijk met moeite het land opkomen. Met de zwemvliezen tussen zijn tenen, zijn staart en zijn achterpoten bewoog Nothosaurus zich soepel voort. De schedel was breed en plat. Aan de dunne, puntige tanden is af te leiden dat het een viseter was.