L'anatomie du flamant rose découle de son mode d'alimentation, la tête retournée dans quelques centimètres d'eau salée. Le bec coudé, le cou à dix-neuf vertèbres, les longues pattes et la coloration du plumage répondent tous à cette contrainte.
Le bec est la pièce maîtresse. Il présente une cassure très marquée vers son milieu, qui lui permet de reposer à plat sur le fond quand la tête est retournée. Le poussin, lui, naît avec un bec droit qui s'incurve progressivement au fil des premiers mois.
À l'intérieur, des rangées de lamelles cornées tapissent les deux mandibules et forment un tamis, comparable dans son principe aux fanons d'une baleine. La langue, épaisse et musclée, fonctionne comme un piston, aspirant l'eau chargée de vase, puis la refoulant à travers les lamelles qui retiennent les particules comestibles.
Détail contre-intuitif, c'est la mandibule inférieure qui est la plus grande et la plus mobile, alors que chez la quasi-totalité des oiseaux c'est l'inverse. Cette inversion est la conséquence directe de la position tête en bas.
Le cou compte dix-neuf vertèbres cervicales, contre sept chez la plupart des mammifères, ce qui explique sa souplesse extrême et les postures improbables qu'adopte l'oiseau pour se lisser les plumes.
Les pattes sont d'une longueur remarquable, jusqu'à quatre-vingts centimètres, et elles donnent lieu à l'erreur d'observation la plus répandue. L'articulation que l'on voit dépasser de l'eau et qui semble plier à l'envers n'est pas un genou mais une cheville. Le genou véritable est situé beaucoup plus haut, dissous dans le plumage du corps.
Les pieds sont palmés, ce qui permet à l'oiseau de nager quand la profondeur augmente et, surtout, de ne pas s'enfoncer dans la vase molle des vasières.
La station sur une seule patte est le geste emblématique de l'espèce, et son explication a fait l'objet de plusieurs hypothèses. La plus solide est d'ordre thermique, car en repliant une patte contre le corps, l'oiseau réduit la surface exposée à l'eau froide et limite ses pertes de chaleur, les pattes nues étant la principale zone de déperdition.
Des travaux ont montré par ailleurs que cette position ne demande presque aucun effort musculaire, un mécanisme passif verrouillant l'articulation. L'oiseau y est plus stable qu'en appui sur deux pattes, ce qui explique qu'il puisse y dormir des heures.
Les yeux sont petits mais expressifs. Ils sont gris ou brun clair chez le jeune, puis jaunes à orangés chez l'adulte, ce qui offre un moyen simple d'estimer l'âge d'un individu observé de près.
La vision est excellente et joue un rôle important dans la reconnaissance des congénères et la détection des zones riches en nourriture. L'oiseau se nourrit pourtant à l'aveugle, le bec enfoui dans la vase, ce qui montre que le tri final se fait au toucher et par filtration, pas à la vue.
Le plumage adulte va du blanc rosé au rose franc selon les individus et les saisons, avec des rémiges d'un rouge vif que l'oiseau ne dévoile qu'en ouvrant les ailes, en vol ou pendant la parade.
La couleur du plumage n'est pas produite par l'animal. Elle provient de caroténoïdes ingérés avec la nourriture, notamment par le biais de petits crustacés et de micro-algues, puis fixés dans les plumes lors de la mue. Un flamant privé de ces pigments pâlit et peut devenir presque blanc, ce qui s'observe dans certains parcs zoologiques quand le régime n'est pas complété.
L'intensité de la teinte a une valeur sociale. Un individu très coloré signale qu'il se nourrit bien sur un territoire riche, et cette information compte au moment de la formation des couples. Certains oiseaux vont jusqu'à étaler sur leur plumage les sécrétions colorées d'une glande située à la base de la queue, un maquillage qui s'estompe une fois la période de reproduction passée.
Le poussin naît couvert d'un duvet gris, sans aucune trace de rose. Le juvénile qui suit reste gris brun pendant plus d'un an, avec un plumage terne et un bec encore pâle.
La coloration s'installe progressivement au rythme des mues, à mesure que l'oiseau adopte le régime alimentaire des adultes, et le plumage n'est pleinement rose que vers l'âge de trois ans. Cette différence permet de repérer facilement les jeunes au sein d'une colonie et de suivre le succès de la reproduction d'une année sur l'autre.