Protodiptera var middelsstore insekter som trolig har lignet på den nålevende gruppen nebbfluer, men det er bevart få fullstendige fossiler så dette er usikkert. Vingene var ovale med forholdsvis få årer, årenettet lignet sterkt på primitive mygg. Én undergruppe hadde to par omtrent like vinger, mens hos en annen var bakvingene sterkt forminskede. Gruppen ble først beskrevet fra isolerte vinger og klassifisert som tidlige mygg, senere fant man mer fullstendige fossiler og ble klar over at gruppen hadde to par vinger og dermed ikke kunne være tovinger.