występują też swoiste cechy antropologiczne, istniejące jedynie u Ajnów a ponadto znane jedynie ze stanowisk archeologicznych z okresu paleolitycznej Europy (m.in. silne spłaszczenie kości piszczelowych i ramiennych), a także pewne analogie z cechami Aborygenów tajwańskich (m.in. budowa zębów). W rezultacie tej specyfiki w budowie, jak też odmienności języka, genealogia Ajnów do dziś pozostaje nieznana.
Ajnowie byli niewysocy (do 157 cm) i krępej budowy, o czaszce dużej i podłużnej, dobrze wysklepionej, z twarzą niską i szeroką. Ich skóra była blada, ale nie żółta, jak u sąsiadujących grup. Oczy jasnopiwne lub zielonkawe. W odróżnieniu od innych grup ludzkich Ajnowie wyróżniają się bardzo silnym owłosieniem ciała, często barwy rudej. Niekiedy zarost występuje też na twarzach kobiet. Fałda powiekowa u Ajnów jest wyraźnie zaznaczona, ale nie wykazuje cech fałdy mongoloidalnej.
Przez R. Biasuttiego zostali zaliczeni do pnia rasowego europoidów (odgałęzienie praeuropoidów). Pod koniec XX wieku powstała koncepcja łącząca typ antropologiczny prezentowany przez lud Ajnu z odkrytym w Ameryce Północnej tzw. człowiekiem z Kennewick sprzed ok. 9,5 tys.