การบินของผีเสื้อเป็นแนวทางที่น่าทึ่งและไพศาลของธรรมชาติที่มีความซับซ้อน การปีกหลังของผีเสื้อมีความพิเศษที่ทำให้การบินเป็นไปได้ ปีกคู่หลังมีขนาดเล็กกว่าปีกคู่หน้า และการยืดติดเป็นอันหนึ่งทำให้สามารถบินได้เป็นอย่างดี ขอบหน้าของปีกคู่หลังยื่นขยายออกมาซ้อนกับปีกคู่หน้า ทำให้กระตุ้นกระพือกันไว้เมื่อบิน

ผีเสื้อกลางคืนมีขอเล็กๆ ที่เกี่ยวกัน ทำให้มีการบินที่มีความช้าลง. แต่แนวทางการบินของผีเสื้อกลางวันและผีเสื้อกลางคืนมีความแตกต่าง. ผีเสื้อที่มีพื้นที่ปีกน้อยมีกระพือปีกเร็วมาก ทำให้สามารถบินได้เร็ว ผีเสื้อที่มีพื้นที่ปีกมากมีกระพือปีกช้ามาก และกางปีกเพื่อปล่อยตัวไปตามลม อัตราการกระพือปีกของผีเสื้อประมาณ 8-12 ครั้งต่อวินาที และความเร็วของการบินอาจถึง 10 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือมีความเร็วมากกว่านี้ในกรณีที่ต้องหนีอันตรายหรือตื่นตกใจ

การบินของผีเสื้อไม่เพียงแค่เป็นการเคลื่อนไหวที่น่าทึ่ง เปรียบเสมือนเป็นเครื่องบินที่มีความชำนาญในการบิน ผีเสื้อบางชนิดมีการบินอพยพเป็นฝูงใหญ่ ผีเสื้อที่น่าสนใจมีชื่อว่า Danaus plexippus ซึ่งบินจากตอนเหนือของทวีปอเมริกาเหนือไปยังบริเวณตอนใต้ เช่น อ่าวเม็กซิโก ในฤดูใบไม้ผลิ จะบินกลับไปวางไข่ทางภาคเหนือ

ในประเทศไทย ผู้สังเกตได้เห็นการบินอพยพของผีเสื้อหลายชนิด โดยมักจะเป็นการบินอพยพย้ายถิ่นหรือบินขึ้นลงภูเขาตามลำน้ำในตอนเช้าและเย็น เพื่อหลบความร้อนของแสงอาทิตย์ในเวลากลางวัน การบินอพยพมักไม่เกิดเป็นประจำเช่นเดียวกับผีเสื้อในทวีปหนาว เนื่องจากอุณหภูมิของอากาศในบริเวณนี้ไม่ค่อยแตกต่างกันมาก