Wie viele Kleinfalken besitzt der Merlin einen ausgeprägten Geschlechtsdimorphismus, der sich sowohl in der Größe als auch in der Gefiederfärbung äußert.
Die Hand- und Armschwingen der Weibchen sind dunkelbraun gefärbt mit klaren vom Rand der Innenfahne beginnenden hellen Feldern, welche ein dunkles Streifenmuster erzeugen. Die Flecken variieren von recht hell weißlich, leicht cremefarben, über hell graubraun bis hin zu einem leuchtenden hellen orangebraun. In die Schirmfedern wird die Zeichnung proximal schmaler und blasser. In den Armschwingen können die Streifen auch etwas undeutlich gesprenkelt sein. Die Steuerfedern besitzen die gleiche dunkle Grundfärbung mit deutlichen creme- bis orangebraunen Querbinden. Die Spitze ist weißlich aufgehellt. Die Streifen können gerade als auch verzerrt nach außen zum Kiel hin zeigend ausgeprägt sein (ähnlich dem Steuer einer weiblichen Stockente). Die Unterflügeldecken besitzen eine für Falken interessante, rötlich braune bis rostrote Färbung mit hellen weißen runden Flächen. Diese erinnern an Kleineulen wie zb. den Steinkauz.
Das Männchen ist etwas kleiner und deutlich grauer im Gefieder. Die Hand- und Armschwingen sind schwarzgrau gefärbt mit teils gefleckten, kreideartigen, manchmal jedoch auch sehr klaren weißen Flächen in der Innenfahne. Auf der Außenfahne können unter Umständen auch weiße Streifen auftreten. Die Zeichnung kann ab und zu auch an Wanderfalken erinnern, wenn die Zeichnung sehr fleckig ausgeprägt ist. Die Schirmfedern sind ganzheitlich eher grau gefärbt mit blasseren Streifen. Die Steuerfedern sind mittel- bis dunkelgrau mit einer deutlichen schwarzen Terminalbinde, aber einer hellen weißgrauen Spitze. Querbinden sind unterschiedlich ausgeprägt von klar und gut sichtbar bis hin zu undeutlich verschwommen. Im Vergleich zum männlichen Turmfalken ist abgesehen zum Größenunterschied die schwarze Terminalbinde breiter.
Lediglich die H8 und H9 besitzen eine partielle Verengung der Außenfahne. Die H10 ist vollständig verengt. Längste Handschwinge ist fast immer die H8, bei den meisten anderen Falken ist dies die H9.
Eines der besten Bestimmungsmerkmale des Merlins ist seine Größe. Die längste Handschwinge (H8) misst beim Männchen lediglich 155-165mm, beim Weibchen etwa 170-185mm. Ähnliche Arten wie zb. der Rotfußfalke (H9 > 190mm) oder der Turmfalke (H9 > 190mm) sind deutlich größer.
