Das Neptungras sieht ähnlich wie Grasbüschel aus und ist mehrjährig. Die Rhizome wachsen sehr langsam, große Bestände können daher Jahrhunderte alt sein. Die wechselständigen Blätter sind einfach, flach und stängellos. Die Reste der alten Blätter sitzen - im Gegensatz zu den von den Blättern ähnlichen Seegräsern (Zostera und Cymodocea) als dichter Schopf am Rhizom. Posidonia blüht selten und spät im Jahr, die traubigen Blütenstände haben keine Hochblätter. Die Blüten sind ohne Hüllblätter. In jeder Blüte befinden sich drei Staubblätter und ein Fruchtblatt, der Fruchtknoten ist oberständig. Die Früchte sind schwimmfähig.

Das Neptunsgras ist ein Endemit des Mittelmeeres, es bildet auf sandigem Meeresgrund dichte, oft mehrere Meter dicke Bestände, die von unzähligen anderen Tieren und Algen bewohnt werden. Neptunsgraswiesen sind daher ein extrem wichtiger Lebensraum im Meer. Durch Badetourismus, Fischerei, Abwässer und Schiffsverkehr sind viele Seegraswiesen im Mittelmeer heute stark gefährdet. In einigen Ländern wie Slowenien und Kroatien gibt es daher bereits Reservate für Posidonia.