Zmierzchnica ma masywne, opływowe ciało i wąskie, mocne skrzydła, którymi porusza bardzo szybko. Dzięki nim potrafi zawisnąć w powietrzu przed kwiatem i pić z niego nektar długą trąbką, nie siadając — podobnie jak inne zawisaki.

Najsłynniejsza z nich to zmierzchnica trupia główka, która na grzbiecie ma jasny wzór przypominający ludzką czaszkę. Ta niezwykła ćma potrafi wydawać piszczący dźwięk, gdy ktoś ją zaniepokoi, a czasem zakrada się do uli, żeby dobrać się do miodu pszczół.

Gąsienice wielu gatunków zmierzchnic potrafią w chwili zagrożenia unieść przednią część ciała i wygiąć ją w łuk, przybierając groźną, przypominającą małego węża postawę, którą naukowcy uznają za jeden z powodów nadania całej rodzinie łacińskiej nazwy nawiązującej do mitycznego Sfinksa.

Skrzydła zmierzchnic w spoczynku układają się zwykle płasko, ściśle przylegając do gałęzi lub pnia drzewa, a ich matowe, kreskowane ubarwienie skutecznie imituje korę, dzięki czemu odpoczywający w dzień owad bywa niemal niewidoczny nawet z bardzo bliskiej odległości.

Zmierzchnice zapylają w nocy wiele gatunków dziko rosnących roślin o bladych, białawych kwiatach i silnym, intensywnym zapachu wydzielanym właśnie po zmroku, takich jak wiciokrzew czy powój, które wykształciły takie cechy specjalnie z myślą o nocnych, latających zapylaczach.

Naukowcy badający mechanikę lotu zmierzchnic porównują ich zdolność do precyzyjnego zawisu w powietrzu do lotu kolibrów, a poznane zasady aerodynamiczne wykorzystywane są dziś w projektowaniu niewielkich, sterowanych dronów o dużej zwrotności.

Ze względu na duże rozmiary, efektowny wygląd oraz stosunkowo łatwą hodowlę w niewoli zmierzchnice od dawna cieszą się popularnością wśród entomologów amatorów zajmujących się hodowlą i obserwacją ciem w domowych warunkach.

Gąsienice zmierzchnic bywają silnie wyspecjalizowane i żerują niemal wyłącznie na ściśle określonych gatunkach roślin, przez co utrata konkretnych roślin żywicielskich w danym regionie może bezpośrednio zagrozić lokalnej populacji danego gatunku ćmy. Ochrona różnorodnych, naturalnych siedlisk pozostaje więc kluczowa dla przetrwania wielu rzadszych gatunków tej rodziny.

Nocne obserwacje zmierzchnic przy specjalnych lampach świetlnych stały się popularną formą edukacji przyrodniczej, pozwalającą dzieciom i dorosłym z bliska podziwiać owady, których w ciągu dnia niemal nigdy nie udałoby się zobaczyć w naturalnym środowisku. Takie wieczorne wyprawy organizują dziś parki krajobrazowe i lokalne stowarzyszenia miłośników przyrody.