Este animal dio nombre al orden Plesiosauria, de la cual es un miembro primitivo, pero típico.

Comparado a otros géneros de plesiosaurios, Plesiosaurus tenía una cabeza pequeña.

Tanto la órbita como la fenestra temporal son casi circulares y prácticamente del mismo tamaño.

Las narinas exteriores se superponen a las internas y no son explicítamente sugerentes de olfato subacuático.

Una fuertemente fusionada sínfisis apuntando como una cuchara hacia abajo, incorporaba 2,5 pequeñas cavidades en cada rama.

Todos los dientes son procumbentes, especialmente aquellos más cercanos a la parte anterior, yaciendo cerca de 10-15° sobre el horizontal.

Los centros de las vértebras son relativamente alargados y su longitud es usualmente algo mayor que su altura pero igualando o excediendo su ancho.

[8]​ Posee al menos 28 vértebras caudales y unas pocas más pudieron haber estado en el final de la cola.

Las espinas neurales del tórax son altas y algo rectangulares de perfil con puntas transversalmente engrosadas.

Adicionalmente, Plesiosaurus tenía un húmero distinguido por una profunda curvatura en el eje propodial, un rasgo generalmente ausente en otros plesiosaurios[9]​ pero que retenían muchos miembros basales de Sauropterygia.

[10]​ En P. dolichodeirus una somera pero marcada ranura longitudinal o surco interepipodial está en la superficie ventral del húmero en individuos maduros.

[23]​ Sin embargo al menos un espécimen aparentemente se ha hallado en la zona de Echioceras raricotatum.

Sus mandíbulas en forma de U y dientes agudos pudieron haber sido como una trampa para peces.

Se propulsaba con sus aletas, ya que su cola era demasiado corta como para ser un órgano locomotor.

[24]​ Los jóvenes pudieron haber vivido en estuarios antes de irse al océano abierto.

En el filme de 1975 La tierra que el tiempo olvidó, se muestra a un Plesiosaurus atacando un submarino U-boot.

Nueve años más tarde, un Plesiosaurus fue uno de los personajes principales en la película Carnosaurio (Harry Adam Knight, 1984).