藻体大型直立,草绿色,有类似根、茎、叶的分化。高10~50厘米,外形似高等植物金鱼藻。 主枝(“茎”)有明显的节和节间,节上生有一轮有一定生长限度的短枝或小枝(“叶”)和一些顶端能继续生长的侧枝。短枝和侧枝同样有节和节间的分化,但分化情况因属的不同而异。例如轮藻属侧枝的节上也生有一轮短枝,短枝的节上生有单细胞的刺状突起(小苞片)。地下部分为无色分叉的假根。细胞里含叶绿素a、b,类胡萝卜素和叶黄素等光合色素。同化产物为淀粉。无论主枝或侧枝的顶端,都有1半球形的大的顶端细胞,由于顶端细胞不断分裂,使藻体得以长大。短枝或小枝顶端也有顶端细胞存在,但其分裂次数有限,故短枝或小枝的生长有限。顶端下面成熟区域的节间细胞呈长管状,细胞中具1个大的中央液泡和多个不规则的细胞核,细胞质 里含多个叶绿体,并且细胞质在中央液泡外沿纵方向川流不停地运动。 为卵式生殖。雌雄同株或异株。雄性器官称精子囊或藏精器,雌性器官称卵囊或藏卵囊,二者都生于短枝的节上。精子囊球形,成熟时桔红色,外壁由8个盾片状细胞组成。在这些细胞内侧中央的盾柄细胞上产生丝状排列的单细胞精囊丝。每个精囊丝内产生1个精子。卵囊长圆形、内含1卵。其壁由5列细胞组成,顶端的细胞较短,称冠细胞,由5个或10个(成2轮)冠细胞组成冠。下部细胞长管状,螺旋状排列,围绕在卵细胞外面。精子成熟时,自精子囊中释放出来,游至卵囊,经冠细胞的裂口处进入其中,与卵结合形成合子。合子经休眠后进行减数分裂,所产生的4个子核中有3个退化,仅1个继续发育,形成新的轮藻个体。