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海膽為棘皮動物（棘皮動物門），廣泛分布於世界各地的海洋，從潮間帶至數千公尺的深海底都可發現其蹤跡。全世界現存約有1000種海膽，海膽由一個球形或盤形的體殼所包圍，體殼通常是3至10公分大，外形大多是呈球形、心形或扁薄形。外形是球狀及五輻對稱的。海膽一般都是較深色的，如有綠色、橄欖色、棕色、紫色及黑色。
海膽殼布滿棘刺，一般約1-2厘米長，通常呈圓錐形。甚至有部分海膽的棘刺長達10-20厘米長。棘剌本身中空易碎，斷掉的棘刺可再生長出來。棘刺以球窩關節與底部連接，能指向任何方向，若作出輕微的接觸，棘刺會隨即聚合指向接觸點，可保護海膽受捕食者的侵害，而部分海膽棘刺末端則有毒囊。此外，海膽更有叉棘抵禦外來敵人，叉棘散布於整個海膽體表上及圍口區，有些海膽的叉棘區與棘刺區分開。叉棘由有鈣質杆狀骨片支撐，頂端有顎片及數個毒囊，顎片可以咬合，而毒囊則可以麻醉或毒殺細小的動物。若人不注意而觸摸之，通常其棘刺會刺進皮膚，將毒液注入人體，細刺也就斷在皮肉中，使皮膚局部紅腫疼痛，有的甚至出現心跳加快、全身痙攣等中毒症狀。