Die Käfer werden 8 bis 10 Millimeter (Männchen) bzw. 10 Millimeter (Weibchen) lang. Auf dem Halsschild, das den Kopf überragt, haben sie zwei große, transparente Fensterflecken, durch welche die dunklen Komplexaugen scheinen. Die Männchen haben Ähnlichkeit mit dem Großen Leuchtkäfer (Lampyris noctiluca), dessen Halsschild jedoch keine Fensterflecken aufweist. Männchen und Weibchen von Lamprohiza splendidula lassen sich leicht voneinander unterscheiden: Das Weibchen hat nur extrem kurze Flügelstummel, so dass die Hinterleibssegmentierung sichtbar wird und es daher einer Larve ähnlich sieht. Der Körper der Weibchen ist cremefarben und durchscheinend, so dass einige Organe durchschimmern. Diese Transparenz des Körpers ermöglicht das Durchscheinen des Lichtes von der Körperunterseite, wo sich die Leuchtorgane befinden. So kann das Licht der flugunfähigen, am Boden lebenden Weibchen abends die Männchen anlocken. Der deutsche Name Glühwürmchen geht auf die larvenähnliche Gestalt und das Leuchtvermögen der Weibchen zurück. Die Männchen besitzen voll ausgebildete und funktionsfähige Flügel. Ihr Körper ist seitlich stark abgeflacht, Halsschild und Vorderflügel sind grauschwarz. Sie stehen an den Seiten des Körpers ab und verdecken so am Tag die Beine. Im Gegensatz zu den Weibchen besitzen die Männchen nur zwei Leuchtorgane auf der Bauchseite des Hinterleibs, die durch ihre cremefarbene Färbung auffallen. Die Männchen des Kleinen Leuchtkäfers sind in Deutschland die einzigen nachtaktiven Tiere, die fliegen und leuchten können. Auch Eier, Larven und Puppen besitzen Leuchtorgane.