혜성이 충분히 밝아지면 지구에서 망원경의 도움 없이도 관찰할 수 있으며 혜성은 고대 시대부터 계속 관측되어 오면서 여러 문화와 종교에서 관련된 기록을 찾을 수 있다. 혜성은 주변을 덮고 있는 대기의 존재 여부에 따라 소행성과 차이점을 두고 있다. 혜성은 태양에 가까워짐에 따라 기체를 방출하는 태양계의 천체 중 행성이나 왜행성보다 작고 위성이 아닌 천체를 말하는 태양계 소천체로 태양의 상부 대기층에서 방출된 전하 입자인 태양풍의 영향을 받아 핵 주변의 성운과 같은 덮개인 코마와 꼬리가 생기는 특징을 가지고 있다.
혜성 주변에 기체와 먼지를 주로 이루고 있는 매우 옅은 대기를 코마라고 부르는데 이 코마가 태양풍의 전자기파에 노출된 물체의 표면에 가해지는 압력을 뜻하는 복사압을 받아 태양 반대 방향으로 흘러 나가며 긴 꼬리를 형성한다. 혜성의 핵 크기 자체는 60km를 넘지 않지만, 코마의 크기는 수백만 킬로미터 이상으로 커질 수 있으며 간혹 태양보다 더 커지기도 한다.
코마의 크기는 지구 지름의 15배를 넘어가기도 하며 혜성 꼬리의 길이는 1천문단위 이상으로 늘어나기도 한다.
꼬리는 외태양계에서 혜성은 얼어붙어 비활동 상태로 존재하며 크기가 작기 때문에 지구에서 관측하기 어렵다. 혜성이 내태양계로 접근하면 태양풍으로 인해 혜성에 있는 휘발성 물질이 증발하고 그 과정에서 먼지가 같이 딸려 나가게 되는데 먼지와 기체는 각각 꼬리를 형성하며 서로 다른 방향을 향하게 된다. 2형 꼬리라고도 부르는 먼지 꼬리는 혜성이 지나간 궤도에 먼지가 그대로 남아있는 방식으로 형성되어 굽은 모양을 띠고 있고 기체로 인해 형성되는 이온 꼬리는 1형 꼬리라고도 부르는데 태양풍의 영향을 더 크게 받아 항상 태양 반대 방향을 향하는 직선 모양을 하고 있다. 이온 꼬리는 궤도가 아닌 태양에서 뻗어 나오는 자기력선의 방향으로 형성이 되는 것이다.
코마와 꼬리 모두 태양 빛을 반사해서 빛을 내며 기체는 태양풍에 의한 이온화로 직접 빛을 낸다. 혜성이 내태양계로 진입하게 되면 코마와 꼬리 모두 관측할 수 있는데 대부분은 망원경이 없이는 볼 수 없을 만큼 어둡다고 하지만 가끔 혜성에서 먼지가 대규모로 방출되며 잠깐 밝아지는 경우가 생기는데 이럴 때 간혹 맨눈으로 볼 수 있는 혜성이 나타나기도 한다. 보통 10년에 한 번 정도 맨눈으로 볼 수 있을 정도로 밝은 혜성이 나타나기도 하는데 이러한 혜성에는 대혜성이라는 말이 붙는다. 어떠한 혜성이 대혜성이 될지에 대해서는 혜성의 밝기에는 여러 가지 복합적으로 작용하기 때문에 예측이 매우 어렵다고 한다. 혜성 중 일부는 아예 태양으로 낙하하거나 다른 천체에 충돌하기도 한다. 이러한 현상은 태양계 형성 초기에는 소행성과 혜성 다수가 충돌하는 것이 빈번하게 일어났으며 대표적으로 달에 있는 충돌구 중 일부가 혜성의 충돌로 형성된 것이라고 한다. 과학자 다수는 당시 충돌했었던 혜성으로 인해 지구의 물이 생겨났다고 주장하는 사람도 있지만 반론도 존재하고 있다. 혜성에서 여러 유기물이 발견된 후 지구로 떨어진 혜성과 운석이 생명체를 만드는 물질이나 생명체를 가져왔을 가능성도 제기되고 있다. 비슷한 시기에 달에도 혜성이 충돌하면서 달의 물이 만들어졌을 것으로 추정하기도 하며 혜성과 운석이 충돌하며 생겨난 대표적인 광물에는 텍타이트가 있다.
혜성 중심부의 고체 부분을 핵이라고 하는데 암석이나, 작은 얼음, 먼지로 이루어져 있어 더러운 눈덩이라는 별칭으로 부르기도 하고 눈 섞인 흙덩이, 아이스크림 튀김이라고 불러야 한다는 의견도 있다. 핵의 표면은 보통 먼지나 돌로 뒤덮여 있으며 수분은 거의 없다고 보면 되고 얼음은 수 미터 두께의 표면 지각 밑에 감춰져 있다. 이 핵에는 메탄올이나 에탄올, 에테인 등 여러 유기물이 포함되어 있으며 아미노산 등 더 복잡한 분자가 존재할 가능성도 있다고 한다. 핵 표면은 빛을 받았을 때 반사하는 정도의 단위인 반사율은 매우 낮아 태양계 천체 중에서도 반사율이 제일 낮은 편에 속한다.
대부분 혜성은 잠깐 태양 쪽으로 접근했다가 나머지 기간을 태양계 바깥쪽에서 보내는 긴 모양의 타원 궤도를 돈다. 혜성은 공전 주기에 따라 단주기 혜성과 장주기 혜성으로 나뉜다. 단주기 혜성이라고 부르는 주기 혜성은 공전 주기가 200년 이하인 혜성 또는 근일점이 2번 이상 지난 것이 관측된 혜성을 의미하며 다른 행성과 비슷하게 지구에서 보기에 태양이 하늘을 1년에 걸쳐 이동하는 경로인 황도면에 가까운 궤도를 돈다. 장주기 혜성은 궤도는 이심률이 매우 큰 궤도를 돌며 공전 주기는 200년 이상에서 수백만 년에 달하기도 한다. 장주기 혜성의 원일점은 외행성보다 더 바깥에 위치하며 궤도면과 황도면이 일치하지 않는 경우가 많다. 혜성이 태양에 가까워짐에 따라 방출되는 물질 중에는 태양풍의 복사압에 밀려나지 않을 정도로 큰 입자도 있는데 지구가 혜성의 궤도면에 있는 이 입자 무리와 만나면 지구에서는 유성우로서 관측이 된다. 별똥 비라고도 하는 유성우는 지구 대기에서 일어나는 현상으로 다수의 유성이 비처럼 보이는 천문 현상이다. 이들은 혜성 등의 천체가 남겨 놓은 잔해가 지구 대기와 매우 빠른 속도로 충돌하는 것으로 대기 중의 기체와 마찰을 일으켜 증발하면서 급속도로 사라지는 빛줄기로 보인다. 유성우가 아주 빠르게 내리는 것은 입자가 매우 좁게 밀집되어 있다는 것이고 넓게 퍼져 있으면 약한 유성우가 오래 내리는 것이다. 이것의 잔해들은 대부분 크기가 모래보다 더 작으며 대부분의 조각은 분해가 되어 지구 표면에는 도달하지 않는다고 한다.