樹皮灰白色到黑褐色，幼樹樹皮光滑，老樹有不規則淺縱裂。枝條粗壯、光滑，嫩枝初生時呈綠色，早春也可略呈紅色，停長后變為亮灰色或灰褐色，呈白色皮孔。一年生枝髓部較大，木質部松軟，以后隨年齡的增加，髓部逐漸變小。葉為奇數羽狀復葉，互生，長30~40厘米，復葉柄為圓形，基部肥大有腺點，脫落后葉痕大，呈三角形。小葉5-9片，長圓形、倒卵形或廣橢圓形，具短柄，先端突尖，葉緣全緣或具鋸齒。
核桃混合芽多呈圓形，營養芽為三角形，呈鱗片狀，著生于順腋間。雌雄同株異花、異熟，雄花序為柔荑花序，長8-12厘米，花被6裂，每個雄花序的小花數千可多達100朵以上，每休小花有雄蕊12-26枚，花絲極短，花成熟時為杏黃色。雌花1-3朵集生枝頂，花被4裂，柱頭2裂，偶有3-4裂，呈羽狀反曲，淺綠色或粉紅色，子房外面密生細柔毛，一室，下位。果實為術果，圓形或長圓形，徑4-5厘米，外果皮溥，表面光滑或具茸毛，綠色，有黃白色斑點；中果皮肉質；內果皮骨質（稱為果殼）表面具刻溝或，果殼內有種子一枚，稱為種仁，即食用部分，呈腦狀，被淺黃色或黃褐色薄種皮，其上有明顯或不明顯的脈絡。