莼菜的根为须根，簇生于地下匍匐茎各节上，近叶柄基部两侧各生1束，水中茎抽生时亦于基部两侧各产生1束须根，位于后来的离层以下。水中茎在形成离层脱离地下匍匐茎前，一般下部节位已发须根。须根初生时白色，以后变为紫色，最后呈黑色，长15～20厘米，主要分布在10～15厘米的土层中。茎分两种，地下匍匐茎和水中茎。地下匍匐茎黄白色，有时有锈斑，横生于土中。地下匍匐茎延伸生长时，其上能发生短缩茎，随着短缩茎的生长，能长出4～6个分枝，在水中发展，形成丛生状水中茎。水中茎直立或弯曲，绿色，密生褐色茸毛，其长度与水深有关，最长可达1米以上。水中茎分枝较多，一级水中茎内侧基部的腋芽常萌发成二级水中茎。二级水中茎内侧基部的腋芽常萌发，长成三级水中茎。
各茎端嫩梢、卷叶均有透明的胶质包裹着，随着莼菜植株全形抽生水中茎级数的增加，先前抽生的水中茎基部会形成离层，脱离地下匍匐茎，自成新株。存留的茎轴呈珊瑚状。叶互生，一节一叶[52石斛网www.52shihu.com]，初生叶卷曲，有胶质包裹。成熟叶片椭圆形，全缘，盾状着生，浮水生长。叶面绿色或浅绿色，叶背浅红绿色、浅绿色或红色，因品种而异。叶柄着生叶背正中，颜色为红、绿丝状相间。茎和叶背面都有胶质，内含多糖，为莼菜的特异之处。花根据品种不同呈紫红色和绿色，前者花萼、花瓣均为暗红色，雄蕊深红色，雌蕊微红色；后者花萼、花瓣均为浅绿色，雄蕊鲜红色，雌蕊淡黄色。单花结果4～8个，内有种子1～2粒，红褐色，椭圆形。
莼菜主要采取无性繁殖，冬芽为繁殖方式中的一种，是莼菜贮存养分、休眠越冬的重要器官。莼菜冬芽其实是小球茎，在水中茎顶端形成，由肥大的茎、叶柄和缩小的叶片组成，外被胶质，一般5～6节，冬季休眠期，易脱落母体，形似螺丝，通称螺丝头。