O peso e tamanho dos lobos variam muito em todo o mundo, tendendo a aumentar proporcionalmente com a latitude, como previsto pela teoria de Christian Bergmann. Em geral, a altura, medida a partir dos ombros, varia de 60 a 95 centímetros. O peso varia geograficamente. Em média, os lobos europeus pesam 38,5 kg; os lobos da América do Norte, 36 kg; os lobos indianos e árabes, 25 kg. Embora raros, lobos com mais de 77 kg foram encontrados no Alasca, Canadá, e na antiga União Soviética. O maior lobo cinzento registrado na América do Norte foi morto em 70 Mile River, no leste-central do Alasca em 12 de julho de 1939 e pesava 79 kg, . Já o lobo de maior peso registrado na Europa foi morto após a Segunda Guerra Mundial na área Kobelyakski da região Poltavskij na RSS Ucraniana e pesava 86 kg. O lobo é sexualmente dimórfico, as fêmeas de uma população típica de lobos normalmente pesam 20% menos que os machos. As fêmeas também têm o focinho e a fronte mais estreitos, pernas ligeiramente mais curtas e revestidas com pelos lisos, e ombros menos massivos.Os lobos-cinzentos medem de 1,30 a 2 metros do focinho à ponta da cauda, a qual, por sua vez, representa cerca de 1/4 do comprimento total do corpo.
Os lobos são capazes de percorrer longas distâncias com uma velocidade média de 10 quilômetros por hora e são conhecidos por atingir velocidades próximas a 65 quilômetros por hora durante uma perseguição. Há registro de uma loba cinzenta realizando saltos de 7 metros ao perseguir suas presas. As garras das patas dianteiras são maiores que as das patas traseiras e possuem um quinto dedo, ausente nestas últimas. As patas do lobo cinzento são adaptadas para uma ampla variedade de terrenos, especialmente os cobertos de neve. Existe uma fina camada de pele separando cada dedo, permitindo ao animal deslocar sobre a neve com mais facilidade em comparação às suas presas. Os lobos cinzentos são digitígrados. O tamanho relativamente grande de suas patas contribui para distribuir o peso do corpo de maneira balanceada sobre superfícies nevadas. Pelos e unhas reforçam a aderência em superfícies escorregadias e vasos sanguíneos especiais mantêm as patas aquecidas no frio extremo. Glândulas odoríferas localizadas entre os dedos de um lobo deixam um rastro de marcadores químicos por onde ele passa, ajudando-o a caminhar de forma eficaz por grandes extensões ao mesmo tempo que mantém os outros lobos informados do seu paradeiro. Ao contrário dos cães e dos coiotes ocidentais, lobos cinzentos têm uma menor densidade de glândulas sudoríparas em suas patas. Esta característica também está presente nos coiotes canadenses do leste, que possuem ascendência com o lobo moderno. Os lobos que vivem em Israel são únicos, por sua população apresentar indivíduos com dois dedos de suas patas fundidos, um traço, acreditava-se, exclusivo do cão selvagem africano. O uivo de um lobo cinzento pode ser ouvido a uma distância de até 1 quilômetro.
Os lobos têm pelos volumosos repartidos em duas camadas. A primeira camada é constituída por pelos resistentes que repelem água e sujeira. A segunda camada forma uma pelagem densa, isolante à água. O subpelo é espalhado pelo corpo na forma de grandes tufos no final da primavera ou início do verão (com variações anuais). Um lobo, muitas vezes, esfrega-se contra objetos, como pedras e galhos, para induzir a pele a soltar os pelos. O subpelo é geralmente cinza, independentemente da aparência do revestimento exterior. Lobos têm pelagens distintas no inverno e no verão que se alternam na primavera e no outono. Tanto as fêmeas quanto os machos tendem a manter seus pelos do inverno até a primavera.
A coloração da pelagem é muito variada, do cinza ao cinza-amarronzado, conforme notada pelo espectro canino para o branco, vermelho, marrom e preto. Estas cores tendem a se misturar em muitas populações, de forma que os indivíduos de coloração mista sejam os mais predominantes. Entretanto não é incomum haver um indivíduo ou mesmo uma população inteira de lobos inteiramente de uma cor (geralmente todo preto ou todo branco). Com exceção da Itália, onde os lobos negros podem representar de 20 a 25% da população, os lobos melanísticos raramente são comuns fora do continente norte-americano. De acordo com exames genéticos, a cor da pelagem preta é resultado de uma mutação surgida primeiramente nos cães domésticos e mais tarde incorporada aos lobos através de cruzamentos. Uma pelagem multicor, caracteristicamente, não possui nenhum padrão específico. A cor da pele, por vezes, reflete o ambiente onde vive a população de lobos. Assim, por exemplo, lobos brancos são muito mais comuns em áreas com cobertura de neve. Lobos em processo de envelhecimento adquirem um tom acinzentado em sua pelagem. Atribui-se, frequentemente, à coloração da pelagem do lobo uma forma funcional de camuflagem. Isto pode não ser totalmente correto, afirmam alguns cientistas, cujos estudos relacionam a combinação de cores com a comunicação corporal dos lobos.
Ao nascer, os filhotes de lobo tendem a ter pelos mais escuros e as íris dos olhos azuis, as quais mudarão para um amarelo-ouro, ou cor de laranja quando os filhotes tiverem entre 8 e 16 semanas de idade. Os poderosos focinhos compridos são características marcantes dos lobos, distinguindo-os facilmente de outros canídeos, como os coiotes e chacais dourados, que têm os focinhos mais estreitos e pontiagudos. Nos lobos, a incisura anterior do osso nasal não possui uma saliência medial, ao contrário do observado nos chacais. Enquanto há apenas uma pequena expressão do cíngulo na borda externa do primeiro molar superior nos lobos, este é amplo e claramente marcante em chacais.
Lobos diferem de cães domésticos em vários aspectos. Anatomicamente, os lobos têm ângulos orbitais menores do que os cães (acima de 53 graus para cães, com menos de 45 graus para lobos) e uma capacidade cerebral comparativamente maior. Patas maiores, olhos amarelados, pernas mais longas e os dentes maiores distinguem os lobos adultos de outros canídeos, especialmente cães. Além disso, uma glândula supracaudal está presente na base da cauda dos lobos, mas não em muitos cães.
Lobos e cães maiores possuem algumas partes da dentição idênticas. O maxilar possui seis incisivos, dois caninos, oito pré-molares e quatro molares. A mandíbula tem seis incisivos, dois caninos, oito pré-molares e seis molares. Os quarto pré-molares superiores e primeiros molares inferiores constituem os dentes carnassiais, que são instrumentos essenciais para o corte da carne. Os dentes caninos também são muito importantes, na medida em que detêm e subjugam a presa. Capazes de suportar até 10 000 quilopascais de pressão, os dentes de um lobo são as suas principais armas, bem como suas principais ferramentas Isso é aproximadamente o dobro da pressão que um cão doméstico de dimensão semelhante pode proporcionar. A dentição dos lobos cinzentos é mais adequada para esmagar ossos comparada a de outros canídeos modernos, embora não seja tão especializada, como a encontrada em hienas. A saliva dos lobos ajuda a reduzir a infecção bacteriana em feridas e acelerar a regeneração dos tecidos.
Os lobos possuem uma audição bastante apurada, a ponto de serem capazes de ouvir a queda de folhas das árvores durante o outono. Sua visão noturna é a mais aguçada da família dos canídeos.
O acasalamento ocorre, geralmente, entre os meses de janeiro e abril. Quanto maior a latitude, mais tarde ocorre.ma alcateia produz, em média, uma única ninhada, salvo nos casos em que os reprodutores machos se relacionam com uma ou mais fêmeas subordinadas. Durante a época de acasalamento, os animais reprodutores tornam-se muito carinhosos uns com os outros, antecipando o ciclo de ovulação da fêmea. A tensão aumenta à medida que os lobos maduros da alcateia sentem-se instados a acasalar. Durante este período, os membros do casal líder de reprodução, denominados de macho e fêmea alfa, podem se ver forçados a dissuadir que outros lobos se acasalem com eles. Incestos raramente ocorrem, embora a pressão por endogamia seja um problema para os lobos em Saskatchewan e Isle Royale. Quando a fêmea reprodutora entra no cio (que ocorre uma vez por ano e dura de 5 a 14 dias), ela e seu companheiro passam um longo tempo em reclusão. Feromônios na urina da fêmea e o inchaço da sua vulva são sinais percebidos pelo macho de que ela está no cio. A fêmea é receptiva nos primeiros dias de estro, período durante o qual ela lança o revestimento do útero. Mas quando ela começa a ovular novamente, ocorre o acasalamento com o parceiro.
O período de gestação varia de 60 a 63 dias. Os filhotes, que pesam cerca de 0,5 kg ao nascerem, são cegos, surdos e completamente dependentes de suas mães. O tamanho médio da é de 5 a 6 crias, embora há dois registros soviéticos de ninhadas com 17 filhotes. Os filhotes residem na toca e permanecem lá por dois meses. A toca geralmente fica em terreno alto perto de uma fonte de água aberta, e tem uma câmara aberta no final de um túnel subterrâneo ou encosta que pode ter até alguns metros de comprimento. Durante este tempo, os filhotes se tornam mais independentes e começam a explorar a área imediatamente ao redor da toca. Com cerca de cinco semanas de idade, afastam-se gradualmente do local de nascimento até a um quilômetro de distância. A taxa de crescimento dos lobos é mais lenta do que a dos coiotes e cães selvagens. Eles começam a comer alimentos regurgitados depois de duas semanas se alimentando exclusivamente de leite, que nos lobos tem menos gordura e arginina e mais proteína do que o leite canino. A esta altura, seus dentes de leite surgem e eles estão totalmente desmamados após 10 semanas. Durante as primeiras semanas de desenvolvimento, normalmente a mãe permanece sozinha com sua ninhada, mas, eventualmente, a maioria dos membros do grupo contribuem, de alguma forma, para a criação dos filhotes. Após dois meses, os filhotes inquietos são levados para um local de encontro, onde podem permanecer em segurança quando a maioria dos adultos saem para caçar. Um ou dois adultos ficam para trás para garantir a segurança dos filhotes. Depois de mais algumas semanas, caso se demonstrem capazes, é permitido aos filhotes se juntarem aos adultos na caçada, e eles têm prioridade sobre qualquer animal caçado. Tomar parte das caçadas é uma maneira de permitir ao filhotes a prática dos rituais de dominação/submissão, que serão essenciais para a sua futura sobrevivência na alcateia.Os filhotes participam apenas como observadores da caçada até atingirem cerca de oito meses de idade, quando se tornam maduros o suficiente para uma participação ativa.
Os lobos geralmente atingem a maturidade sexual após dois ou três anos, idade em que muitos deles são obrigados a abandonar os seus locais de nascimento e a procurar companheiros e territórios próprios. Lobos que atingem a maturidade vivem geralmente de seis a dez anos na natureza, enquanto que, em cativeiro, eles podem atingir até o dobro da idade. As elevadas taxas de mortalidade refletem na baixa expectativa de vida dos lobos. As crias podem morrer pela escassez de alimento ou pela ação de predadores, como ursos, tigres, lobos adultos ou outros animais selvagens. As principais causas de mortalidade de lobos são a caça, os acidentes envolvendo veículos e os ferimentos ocorridos durante o ataque a suas presas. Apesar de lobos adultos poderem, ocasionalmente, ser mortos por outros predadores, os grupos de lobos rivais são muitas vezes os inimigos mais perigosos, excetuando-se os seres humanos.
As doenças mais comuns transmitidas por lobos incluem a brucelose, febre, leptospirose e carbúnculo. Os lobos são importantes hospedeiros da raiva na Rússia, Irã, Afeganistão, Iraque e Índia.37 Embora os lobos não sejam vetores das doenças, eles podem contraí-las de outras espécies. Os lobos tornam-se extremamente agressivos quando infectados, podendo morder várias pessoas em um único ataque. Antes de uma vacina ser desenvolvida, as mordidas eram quase sempre fatais. Atualmente, as mordidas de lobos raivosos podem ser tratadas, mas a gravidade dos ataques dos lobos raivosos às vezes podem resultar em morte. Uma mordida perto da cabeça da vítima faz a doença agir muito rapidamente para que o tratamento faça efeito. Ataques raivosos tendem a aumentar de número no inverno e na primavera. Com a redução da raiva na Europa e América do Norte, poucos ataques de lobos raivosos foram registrados, embora alguns ainda ocorram anualmente no Oriente Médio. Os lobos também carregam o coronavírus canino, cuja infecção é mais prevalente nos meses de inverno.
Os lobos registrados na Rússia transportavam mais de 50 tipos diferentes de parasitas nocivos, incluindo Echinococcus, cisticercose e coenurus. Os lobos também são portadores de Trichinella spiralis. Entre 1993-94, 148 carcaças de lobos perto de Fairbanks, no Alasca, foram examinadas e 36% (aprox. 54 carcaças) estavam infectadas. A prevalência de Trichinella spiralis em lobos é significativamente relacionada com a idade. Os lobos podem hospedar o Neospora caninum, fato de particular interesse para os agricultores, pois a doença pode ser transmitida para animais domésticos, que, infectados, têm de 3 a 13 vezes mais chance de abortar em comparação àqueles livres da doença.
Apesar do hábito de portar doenças perigosas, grandes populações de lobos não são frequentemente acometidas por surtos de epizootias, como ocorre com outros canídeos sociais. Isto se deve principalmente ao hábito dos lobos infectados de se afastarem de suas alcateias, evitando assim o contágio em massa.