Le phalanger volant mesure environ 16 à 20 cm, il est doté d'une queue légèrement plus longue que le corps, et pèse de 90 à 190 g[réf. nécessaire]. Son pelage est gris-perlé, avec des taches noires et blanc-cassé. Les oreilles sont grandes, droites et dépourvues de poil. La queue est effilée et le dernier quart de la créature est noir, souvent avec un bout blanc. Le museau est arrondi et court. Les yeux sont grands et foncés. Les espèces nordiques ont tendance à être plus marron que gris, et, comme la règle de Bergmann le prédit, plus petites.

Cependant, la caractéristique la plus remarquable du phalanger volant est les deux patagiums (membranes) issus du cinquième doigt du membre avant jusqu'au premier orteil du membre postérieur. Ils sont parfaitement invisibles quand l'animal est au repos en donnant simplement l'impression qu'il a perdu un peu de poids. Ils se voient immédiatement quand le planeur de sucre décolle. Les patagiums sont utilisés pour planer d'arbre en arbre : quand ils sont déployés, ils forment une surface aérodynamique de la taille d'un grand mouchoir.

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