核桃长在树上,核桃树高达3—5米,树皮灰白色,浅纵裂,枝条髓部片状,幼枝先端具细柔毛(2年生枝常无毛)。也有高达20-25米,树干较别的种类矮,树冠广阔。
树皮幼时灰绿色,老时则灰白色而纵向浅裂。小枝无毛,具有光泽,被盾状着生的腺体,灰绿色,后来带褐色。羽状复叶,椭圆状卵形至椭圆形,顶生小叶较大。
花期5月,雄性葇荑花序下垂。雄花的苞片、小苞片及花被片均被腺毛。雄蕊6-30枚,花药黄色,无毛。雌性穗状花序通常具1-3雌花。雌花的总苞被极短腺毛,柱头浅绿色。
果实椭圆形,灰绿色。幼时具腺毛,老时无毛,内部坚果球形,黄褐色,表面有不规则槽纹。