Gli Odonati (Odonata) sono un ordine di insetti emimetaboli legati all'elemento acquatico. Gli stadi giovanili (neanidi e ninfe) vivono infatti nell'acqua mentre gli adulti sono abilissimi volatori e predatori diurni che vivono nei pressi di stagni, pozze o corsi d'acqua calmi. Sono tra gli insetti che raggiungono le taglie maggiori e i colori più sgargianti. L'apertura alare è sovente maggiore della lunghezza del loro corpo.
Comunemente gli esemplari di Odonata sono indicati per analogia anche come "libellule", sebbene questo termine appartenga specificamente a tutti gli esemplari del genere Libellula inserito nel medesimo ordine.

Gli esemplari adulti degli Odonati presentano un corpo allungato e snello, antenne poco sviluppate e ali dalle venature molto complesse.

Le ali si muovono in maniera indipendente, permettendo agli insetti di planare o di volare all'indietro. Nel sottordine degli Zigotteri (vedi Tassonomia) le ali anteriori e quelle posteriori sono praticamente identiche e terminano, spesso, con una struttura peduncolata, mentre negli Anisotteri le ali anteriori sono più sviluppate di quelle posteriori.

Presentano tre ocelli e degli occhi compositi molto prominenti costituiti da numerosissime faccette, che in alcune specie possono arrivare fino a 30.000; rendendo così gli Odonati sensibili a ogni minima forma di movimento. Gli occhi sono nettamente separati negli Zigotteri, mentre sono quasi sempre riuniti sulla faccia dorsale negli Anisotteri.
Il capo può liberamente muoversi sull'esile collo, assicurandogli una visione panoramica che li rende dei perfetti predatori carnivori. L'apparato masticatore, caratterizzato da mandibole dentate (Odonata è una contrazione di Odontognata = mandibola provvista di denti), permette infatti a questi esemplari di seguire liberamente una simile dieta, costituita spesso da zanzare e altri piccoli ditteri catturati in volo.
Tra i tre segmenti toracici il protorace risulta molto più piccolo, cosicché il mesotorace e il metatorace si trovano uniti in uno pterotorace molto più sviluppato. La parte ventrale di quest'ultimo, dove sono situate le zampe, risulta spinta in avanti; mentre la parte dorsale, dove sono invece inserite le ali, viene a trovarsi rialzata all'indietro. Un particolare sviluppo verso l'alto degli epistemi del pterotorace crea una sorta di scudo davanti alle ali, di modo che le ultime due paia di zampe si trovino avvicinate al primo paio anteriore, creando una struttura a forma di cesta utile a trattenere le prede durante il pasto. Questa struttura rende gli Odonati poco o quasi per niente atti alla locomozione, mentre rappresenta un valido aiuto per sostenersi a steli di piante o altri supporti.
Lungo l'addome sono riconoscibili dieci segmenti ben distinti, mentre solo in alcune specie si ritrovano le vestigia di un undicesimo segmento finale. Unico caso tra gli insetti, gli Odonati maschi posseggono alcuni organi specializzati per la riproduzione sul secondo e sul terzo segmento addominale. Tutti i maschi posseggono delle appendici finali sull'ultimo segmento, mentre tra le femmine questa caratteristica si ritrova solo in alcune specie di Anisotteri. L'ovopositore degli esemplari femminili si ritrova tra l'ottavo e il nono segmento addominale.

L'accoppiamento avviene sempre nelle vicinanze dell'acqua. Il maschio provvede a trasferire lo sperma dall'orifizio genitale, posto sul nono segmento, nei genitali secondari, posti nei segmenti due e tre; dopodiché si avvia alla ricerca di una compagna. Dopo averla individuata la afferra per la nuca tramite le appendici terminali fino a che la femmina non curva la propria estremità addominale raggiungendo gli organi riproduttori del maschio, ricevendo così lo sperma. La locazione dei diversi organi riproduttori fa sì che durante l'accoppiamento gli Odonati seguano delle forme e delle posizioni molto complesse. La riproduzione avviene prevalentemente in assenza di volo, fermi sulla vegetazione, ma gli insetti sono comunque in grado di volare per allontanarsi da eventuali nemici. A seconda della specie può durare pochi secondi o diverse ore.

Spesso, a fecondazione ultimata, il maschio si alza in volo continuando a trattenere la femmina per la nuca con le appendici finali, stimolandola – in alcune specie di Zigotteri – a depositare le uova. La maggioranza degli Anisotteri disperde le uova nell'acqua, immergendo ritmicamente l'addome sotto la superficie. Le femmine degli Zigotteri preferiscono invece depositare le uova nei tessuti di piante acquatiche vive o morte, servendosi dell'ovopositore per perforarle. Soltanto gli Aeschnidi, tra gli Anisotteri, sono provvisti di ovopositore. Salvo che in alcune specie le uova schiudono dopo circa un mese.

L'embrione presenta una conformazione tale da favorirne la schiusa e la fuoriuscita dal materiale vegetale circostante. La prima muta avviene subito dopo, entrando in una fase di sviluppo postembrionale che durerà dagli 1 ai 5 anni negli Anisotteri. Si contano dalle 10 alle 15 mute, regolate in gran parte dalla temperatura ambientale e dalla disponibilità di cibo. Le ninfe respirano grazie a tracheobranchie a pareti sottili, al cui interno sono disposte delle trachee. Negli Zigotteri queste sono costituite da due cerci appositamente modificati che sporgono dal segmento finale assieme a un terzo prolungamento mediano. Negli Anisotteri, invece, le trachee sono nascoste nel retto.

Le particolarità nell'apparato masticatore che caratterizzano questo ordine di insetti si ritrovano già a partire dallo stadio larvale. Tutti gli stadi giovanili degli Odonati presentano infatti uno sviluppo prominente del labium, articolato nel mezzo e provvisto di palpi terminali che conferiscono all'estremità una funzione di pinza mobile, talvolta foggiate invece a cucchiaio. Questa struttura prende il nome di "maschera" perché, quando è inutilizzata, si trova ripiegata sotto il capo tra il primo paio di zampe, nascondendo così il resto della faccia. La maschera può essere protrusa di scatto per afferrare le prede, rendendo così le neanidi abili cacciatori da posta, vista la loro scarsa agilità nel mezzo acquatico.

Poco prima della muta finale la ninfa si arrampica gradualmente sullo stelo emerso di una pianta per abituarsi al nuovo tipo di respirazione. Il tegumento si asciuga gradatamente permettendo la fuoriuscita, in diversi fasi, delle parti del corpo della forma adulta. Terminato lo sfarfallamento l'esemplare dispiega a poco a poco le proprie ali fino a volare via una volta asciugate al sole.

Tradizionalmente gli Odonati sono suddivisi in tre sottordini viventi:

• Sottordine Zygoptera (= ali simili). A riposo le ali vengono adagiate all'indietro sull'addome, l'una applicata all'altra. Le ali anteriori e quelle posteriori sono praticamente identiche e terminano, spesso, con una struttura peduncolata. Il corpo è sempre di forma cilindrica e sottile, il capo è sviluppato in altezza e gli occhi separati tra loro.
• Sottordine Anisoptera (= ali diverse). A riposo le due paia di ali rimangono ampiamente distese. Le ali anteriori sono più sviluppate di quelle posteriori, implementando l'abilità di volo rispetto agli Zigotteri. Il capo è di forma sferoidale e gli occhi sono quasi sempre riuniti sulla faccia dorsale.
• Sottordine Anisozygoptera. Si tratta in realtà di un sottordine mantenuto in vita soltanto da due specie, Epiophlebia superstes, comune in Giappone ed Epiophlebia laidlawi, nativa nelle regioni dell'Himalaya. Gli esemplari di quest'ultima sono più rari da incontrare e dal 2005 sono stati considerati dall'IUCN specie "minacciata". La validità filogenetica di questo raggruppamento è oggi messa in dubbio.

Recenti studi filogenetici confermano la monofilia di Anisoptera e Zygoptera ma individuano Anisozygoptera come un raggruppamento parafiletico; secondo tali analisi le uniche due specie viventi presenti nel raggruppamento "Anisozygoptera" andrebbero classificate nell'infraordine Epiophlebioptera da accorpare, assieme agli Anisoptera (anch'essi declassati al rango di infraordine), nel sottordine Epiprocta.^[1]

I fossili più antichi che testimoniano la presenza delle famiglie moderne si ritrovano nell'Era giurassica o anche nel periodo Cretaceo. I fossili delle specie non assegnabili ad alcuno dei sottordini esistenti vengono convenzionalmente collocati in uno dei quattro sottordini fossili: Archizygoptera, Protanisoptera, Protozygoptera e Triadophlebiomorpha. Alcuni studiosi considerano un ulteriore sottordine, quello dei Protodonata, nel quale sono inserite le specie più grandi ed enormi di Odonati risalenti al Carbonifero superiore e al Permiano. Tra queste le specie più grandi in assoluto erano la Meganeuropsis permiana e Meganeura monyi, con un'apertura alare stimata intorno ai 720 mm, mentre nei casi più eccezionali gli Odonati moderni non superano i 190 mm di apertura alare (Megaloprepus caerulatus, Pseudostigmatidae).

Il dibattito filogenetico è tuttora ampiamente aperto e verte su alcuni punti fondamentali. Ad esempio si tende a stabilire se gli Zigotteri sono il clade base parafiletico dal quale si sono generati Anisotteri e Anisozigotteri, o se Zigotteri e Anisotteri sono entrambi gruppi monofiletici; o ancora se esita un gruppo fossile da identificare come progenitore delle specie contemporanee; ecc. Finora la maggior parte degli studiosi conviene che gli Odonati sono un ordine monofiletico separato dagli Ephemeroptera, Neoptera e dagli estinti Palaeodictyopteroidea già dalla fine del più basso Carbonifero superiore; che i tre sottordini attualmente esistenti sono strettamente imparentati e che il sottordine fossile degli Archizygoptera sia in realtà un sottoinsieme dei Protozygoptera.
Gli interventi sul dibattito filogenetico degli Odonati si sono basati, fino a prima del 2001, sugli studi compiuti sull'evoluzione delle venature alari degli insetti. Misoft inaugurò invece la serie di teorie più recenti basate sullo studio delle sequenze genetiche.

Tra gli schemi tassonomici proposti, grande adesioni hanno riscosso in passato quello di Handlirsch (1906-08) e quelle di Fraser (1957).

Handlirsch ipotizzò gli Anisozigotteri come ceppo madre da cui sarebbero derivati Zigotteri e Anisotteri secondo linee evolutive indipendenti.