C'est un canard de 42 à 49 cm de long avec une envergure de 70 à 80 cm, pesant entre 700 et 1 100 g.

En plumage nuptial, le Fuligule milouin mâle semble avoir, de loin, un dos blanc ; mais, de plus près, ce blanc est un gris très clair finement vermiculé, encadré de noir à la poitrine et à l'arrière. Le cou et la tête sont d'un brun rouge éclatant, terminés par un bec noir barré de bleu. Les yeux sont rouge orangé et les pattes grisâtres. En plumage internuptial, l'essentiel du corps vire au gris sale tandis que les couleurs de la tête, de la poitrine et l'arrière se délavent.

Les femelles, moins brillantes, sont grises avec la tête et la poitrine plus sombres et plus brunes, à l'exception des cercles orbitaux et d'une zone indistincte marquant nettement les joues. Le dos, les flancs, les scapulaires et les couvertures alaires présentent des marbrures grises et brunes, plus sombres à l'arrière du corps.

Les juvéniles, plus ternes, ressemblent aux femelles mais les marques brunes et grises sont moins mêlées.

En vol, une bande un peu plus pâle, mais peu contrastée, marque toute la longueur des ailes en arrière des couvertures.

De décembre à février, la masse moyenne du Fuligule milouin varie beaucoup d'un site à un autre : par exemple de 22 % chez les mâles et de 12 % chez les femelles entre la Camargue (avec des moyennes respectives de 849 et 807 g) et le sud de la Mer caspienne (avec des moyennes respectives de 1 095 et 905 g). Les minima sont plus faibles en Camargue que sur le lac de Sempach (Suisse) mais la masse des oiseaux y augmente jusqu'en février[1] tandis qu'à Sempach celui des mâles diminue de 12 % entre décembre et mars et celui des femelles de 16 %[2].

En période internuptiale, la différence de masse entre les deux sexes semble stable, les mâles étant plus lourds de 6 % en mars en Suisse et de 7 % de septembre à novembre (Kazakhstan, Danemark et Pays-Bas). Par contre, au début de la nidification (avril et mai), les femelles présentent une masse supérieure de 12 % au Kazakhstan, puis inférieure de 16 % dans ce pays et au Danemark de juin à août pendant la période d'élevage de leurs jeunes.

En Suisse, les femelles de moins d'un an n'ont pas rattrapé les adultes en fin d'hiver, cause probable de retards dans la nidification ou de diminution des succès reproducteurs. En période de nidification, il fréquente les bordures hautes et denses de végétation aquatique ainsi que les îlots au couvert dense à l’abri des prédateurs terrestres. Les milieux les plus couramment fréquentés sont : les étangs d’eau douce ou saumâtre de profondeur moyenne (0.50 à 3 m) et les plans d’eau artificiels (réservoirs agricoles, étangs de pisciculture, sablières, gravières, lacs de barrage…) riches en benthos et en végétation immergée (Myriophylle, Cératophylle, Renoncule aquatique.Le Fuligule milouin mange pratiquement tout ce qu'il peut atteindre en plongeant depuis la surface. Néanmoins, il se nourrit surtout de graines, de racines, de feuilles et de bourgeons de plantes aquatiques telles que les lentilles d'eau et les potamots. En plongeant il capture également des mollusques, des crustacés, des vers et des larves d’insectes. Le milouin s'alimente principalement le matin et le soir. Il disparaît sous l'eau après un petit bond et reste normalement immergé 13 à 16 secondes. Il préfère se nourrir en eau claire, entre 1 et 3,50 mètres de profondeur mais il peut aussi se contenter de barboter en eau peu profonde.