狐尾藻多年生粗壮沉水草本。根状茎发达，在水底泥中蔓延，节部生根。茎圆柱形，长20-40厘米，多分枝。叶通常4片轮生，或3-5片轮生，水中叶较长，长4-5厘米，丝状全裂，无叶柄；裂片8-13对，互生，长0.7-1.5厘米；水上叶互生，披针形，较强壮，鲜绿色，长约1.5厘米，裂片较宽。秋季于叶腋中生出棍棒状冬芽而越冬。苞片羽状篦齿状分裂。花单性，雌雄同株或杂性、单生于水上叶腋内，每轮有4朵花，花无柄，比叶片短。雌花生于水上茎下部叶腋中：萼片与子房合生，顶端4裂，裂片较小，长不到1毫米，卵状三角形；花瓣4，舟状，早落；雌蕊1，子房广卵形，4室，柱头4裂、裂片三角形；花瓣4，椭圆形，长2-3毫米，早落。雄花：雄蕊8，花药椭圆形，长2毫米，淡黄色，花丝丝状，开花后伸出花冠外。果实广卵形，长3毫米，具4条浅槽，顶端具残存的萼片及花柱。