대왕쥐가오리는 가오리류 중에서도 가장 거대한 종이다. 평균 날개 너비는 3~4.5미터, 평균 몸무게는 약 1톤 정도 나가며, 최대 크기의 개체는 날개 너비가 7미터, 몸무게가 2톤 씩 나간다. 입은 뻥 뚫려 있는 형태로, 매우 작은 이빨이 달려 있다. 입의 양쪽 끝에는 기다란 머리지느러미가 달려 있는데 대왕쥐가오리는 이것을 이용해서 먹이를 입 주위로 모으는 역할을 하는 것으로 보인다. 가슴지느러미는 날개와 비슷하게 생겼으며 이 지느러미를 이용하여 날개를 퍼덕이는 듯이 헤엄을 칠 수 있다. 기다란 꼬리에는 독가시가 없다.

대왕쥐가오리의 등 부분은 검은색(어두운 갈색, 또는 어두운 푸른색으로도 표현된다.) 바탕무늬와 작은 크기의 흰색 무늬를 띠고 있다. 일반적으로 머리 부분에는 데칼코마니 형식으로 된 한 쌍의 "후크" 형태의 흰색 무늬가 있고, 가슴지느러미 양쪽 끝에도 흰색 무늬가 존재한다. 배 부분은 거의 완전한 흰색을 띠고 있으며 연한 검은색 무늬가 존재하는 개체도 존재한다. 대왕쥐가오리의 무늬는 개체마다 약간의 차이가 발견되는데, 이러한 차이는 개체 식별의 중요한 지표가 될 수 있다. 종종 등 부분에 흰 무늬가 없어 완전한 검은색을 띠고 있는 개체가 관찰되기도 하는데 이러한 개체 대부분은 배 부분에도 흰색 무늬보다 검은색 무늬가 더 많이 분포해 있다.

대왕쥐가오리는 북반구와 남반구의 열대 지역과 온대 지역에 걸쳐 널리 분포해 있다. 남부 캘리포니아와 뉴저지주부터 뉴질랜드까지 다양한 지역에서 모습을 드러낸다. 대한민국에서는 제주특별자치도의 추자군도에서 발견된 것이 처음이다. 한 지역에 계속 머물지 않고 먹이를 찾기 위해 먼 거리를 이동하는 원양 어류이다. 보통 육지에서 멀리 떨어진 바다에서 서식하며 햇빛이 잘 드는 수면 가까이에서 활동을 한다. 이빨이 작은 대신 커다란 입과 먹이를 걸러낼 수 있는 아가미를 이용하여 플랑크톤과 같은 미세 생물을 걸러서 먹는다. 직선 유영을 하면서 먹이를 섭취하고, 수중제비를 돌면서 먹이를 섭취하기도 한다. 대왕쥐가오리처럼 미세 생물을 걸러 먹고 사는 고래상어와 함께 출몰하기도 한다.

대왕쥐가오리는 자신의 몸에 붙어 있는 기생충을 떼어내기 위해 산호초 가까이에 접근하여 그곳에 사는 물고기들에게 청소를 맡기기도 하는데, 기생충 제거는 주로 만조일 때 진행된다. 기생충 제거 작업에 참여하는 물고기는 대부분 청소놀래기속에 속하는 종들이다. 빨판상어는 대왕쥐가오리가 산호초를 떠나도 함께 붙어 다닌다.

대왕쥐가오리는 지능이 매우 높은 어류이며 미러 테스트(Mirror test)를 제일 처음으로 통과한 어류이기도 하다. 사우스 플로리다 대학교에서 대왕쥐가오리를 대상으로 미러 테스트를 실시한 결과, 대왕쥐가오리는 자신을 의식하는 듯이 거울 주위를 맴돌며 지느러미를 반복적으로 움직였다. 또한 실험 개체는 거울을 향해 공기방울을 날리기도 했다.

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