Il fait partie des animaux ayant la capacité de passer toute leur vie à l'état larvaire sans jamais se métamorphoser en adulte, et donc de se reproduire à l'état larvaire (néoténie). Il est de ce fait très étudié en biologie animale. Pendant longtemps on l'a confondu avec  Ambystoma tigrinum (ou salamandre tigre), occasionnellement néoténique, alors que l'axolotl l'est généralement dans la nature.

Une autre des particularités qui ont fait la célébrité de l'axolotl est sa capacité à régénérer des organes endommagés ou détruits. L'axolotl est non seulement capable de reconstituer par exemple un œil manquant, mais il peut aussi recréer certaines parties de son cerveau si elles ont été détruites. Sa tolérance aux greffes est également exceptionnelle.