Le planeur de sucre mesure environ 16 à 20 cm, est doté d'une queue légèrement plus longue que le corps, et pèse de 90 à 150 kg. 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 tendence 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.
Ces membranes sont tout d'abord un moyen efficace d'atteindre des ressources nutritives. Elles peuvent également aider l'animal à échapper à des prédateurs comme les goannas (varans) ou les marsupiaux carnivores que les renards, chats et dingos ont remplacés. Cette capacité à planer n'est bien évidemment pas très utile contre des prédateurs aviaires, comme les hiboux ou les martins-chasseurs géants.
Même si leur technique de vol semble primitive comparée à celle d'animaux "spécialisés" comme les oiseaux ou les chauve-souris, les planeurs de sucre peuvent planer sur des distances étonnamment longues : leur vol a été mesurer jusqu'au 50 m. ils tournent efficacement en courbant l'une de leurs "ailes" (le patagium). ils bondissent avec force d'un arbre grâce à leurs pattes antérieures et, arrivés à environ trois mètres de leur destination, ils ramènent leurs pattes antérieures près de leur corps et se redressent pour attraper l'arbre avec les quatre pattes.
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