L'holotype qui a servi à décrire ce genre est Synechococcus elongatus (Nägeli) Nägeli
Les cyanobactéries du genre Synechococcus sont unicellulaires, photoautotrophes et vivent en cellules solitaires ou agglomérés sous forme de groupes sans qu'ils semblent former de vraies colonies (pas de mucilage commun). Leur forme est ovoïde, largement ovales ou pour certaines espèces en forme de tige arrondies aux extrémités, parfois en courbe sigmoïde. Leur contenu est homogène ou comprend des granules semblant aléatoirement dispersés ou de manière polaires. La microscopie électronique révèle souvent la présence d'inclusions de phosphate, de granules de glycogène et surtout de carboxysomes très structurés. Des thylakoïdes sont localisées le long des parois de la cellules. Des filaments ou évoquant une involution de la cellule sont parfois observés).
Couleur : souvent bleu pâle à vert, rarement vert-olive, bleu-vert vif ou rosé. On pensait initialement que les espèces de ce genre étaient non-mobiles. Certaines peuvent se mouvoir.
leurs cellules, minuscules, mesurent de 0,6 µm à 1,6 µm. Ils sont gram négatif.
Les cellules présentent des parois cellulaires très structurée (ultrastructures).
Les cellules-fille grandissent et se reproduisent lorsqu'elles ont atteint une taille plus ou moins similaire à celle de la cellule mère. Après une division, les cellules physiologiquement séparées peuvent rester un certain temps disposées en rangées et former un pseudofilaments de plusieurs cellules indépendantes, mais provisoirement liées par leurs extrémités. En conditions optimales apparaissent des cellules allongées d'aspect filamenteux, capables de diviser de manière asymétrique.
Les cellules photosynthétiques sont rencontrés préférentiellement dans les eaux de surface bien éclairées où cette bactérie y est très abondante, mais les cellules présentent plusieurs caractéristiques adaptatives ;
Plusieurs espèces croissent en formant des structures en nattes ou en formant d'autres types de colonies algales, ou bien en colonisant des substrats mouillés (boue, bois, pierres, etc.) ;
Un groupe d'espèces est connu pour se développer dans le metaphyton et périphyton de sources thermales et minérales, peu d'espèces ont a ce jour été découvertes sur des sites aerophytiques .
Des espèces picoplanctoniques ou planctoniques ont été trouvés dans les océans et dans des lacs (S. rhodobactron et d'autres).