Mặc dù chúng sở hữu một số cách thích nghi cho phép chúng tồn tại trong môi trường sống ở biển, nhưng sự thích nghi quan trọng nhất của nhím biển là lớp lông gai bảo vệ của chúng. Ngoài ra, nhím biển có miệng rất biến đổi, bao gồm năm tấm xương, cho phép chúng cạo tảo khỏi đá và san hô. Trong khi thường sống đơn độc, nhím biển đôi khi tạo thành các tập hợp lớn, giúp bảo vệ động vật không xương sống khỏi những kẻ săn mồi.
Các gai của nhím rất quan trọng đối với sự tồn tại của chúng. Không thể bơi hoặc bò nhanh, nhím biển sẽ dễ dàng trở thành con mồi cho cua, cá lớn và cá mập. Tuy nhiên, những chiếc gai bảo vệ rất hiệu quả cho những loài động vật ăn cỏ hiền hòa này. Khi một bóng đen lướt qua nhím biển, nhím sẽ lắc lư những chiếc gai của mình, đây có lẽ là một sự thích nghi được thiết kế để làm nản lòng một kẻ săn mồi rình rập.
Các gai của nhím biển rất nhạy cảm với sự va chạm và hóa chất trong nước. Nếu các gai chạm vào vật gì sắc nhọn, tất cả chúng sẽ quay và chỉ về hướng đó. Nhím biển sử dụng gai của chúng để mài mòn những chỗ lõm trong đá, giúp chúng có một nơi ẩn náu được bảo vệ. Điều này thường làm xói mòn các gai, nhưng vì chúng phát triển trong suốt cuộc đời của nhím nên điều này không gây ra nhiều vấn đề.
Các nhà khoa học nghi ngờ rằng nhím biển phát triển trong suốt cuộc đời của chúng, nhưng điều này rất khó xác định với những động vật sống tự do.
